[发明专利]一种具有金属绝缘体转变功能的器件的制备方法

说明书

本发明提供了一种具有金属绝缘体转变功能的器件的制备方法，该方法采用由底电极/高价金属氧化物/顶电极构成的三明治结构器件，该高价金属氧化物中的金属元素是具有多价态的元素，且其低价氧化物具有金属绝缘体转变特性；通过在电场作用下驱动该高价稳定金属氧化物中的氧离子迁移以及微区电退火的方法，在高价金属氧化物体相中形成具有金属绝缘体转变功能的低价金属氧化物，从而制得具有金属绝缘体转变功能的器件。与现有技术相比，该方法简单有效，制得器件的金属绝缘体转变均一、迅速、低能。

技术领域

本发明涉及信息存储领域，尤其是高密度信息存储中的选通管器件

背景技术

随着电子产品的小型化，迫切需要高密度的信息存储器件，但是基于目前电荷存储的器件存在尺寸极限问题。为了解决这个问题，科学家们聚集研究一些新型的高密度存储器件，例如3D堆垛，交叉式结构等。遗憾的是交叉式结构存在串扰问题，为了解决这个问题，可以将存储元和二极管串联，或跟阈值转变元素串联，其中硅基的二极管不利于器件的小型化，所以阈值转变元素是相对较好的一种选择。为了真正的实现阈值转变防串扰的功能，获得一个可靠的阈值转变是非常重要的。

具有金属绝缘体转变特性的材料，是非常好的开关备选材料，但是其块体或多晶薄膜的相转变区域随机，且转变过程中存在多相共存，导致转变参数发散，转变缓慢等严重问题。

发明内容

本发明的技术目的是提供一种具有金属绝缘体转变功能的器件的制备方法，利用该方法制得的器件不仅具有金属绝缘体转变功能，而且金属绝缘体转变均一，迅速。

为了实现上述技术目的，本发明所采用的技术方案为：一种具有金属绝缘体转变功能的器件的制备方法，其特征是：采用由底电极/高价金属氧化物/顶电极构成的三明治结构器件，其结构如图1所示，其中：

底电极由惰性材料或氧化物构成，顶电极由惰性材料或氧化物构成；

所述的高价金属氧化物是指是指氧元素与金属元素组成的二元化合物，该金属元素是具有多价态的元素，且其低价氧化物具有金属绝缘体转变特性；

将所述的三明治结构器件进行如下电处理一或者电处理二；

所述电处理一包括如下步骤：

(1)将所述的三明治结构器件的底电极接地，顶电极施加正电压或负电压，限制电流值为预设电流值，并且0〈预设电流值<器件的最大耐受电流值，逐渐增大电压，当电压值大于或者等于某一电压值时，电流值发生突变，由该预设电流值突变为较高电流值，此过程使高价金属氧化物中局域氧离子大量迁移，器件被电形成，该电压值称为第一临界电压值；

(2)然后，在顶电极施加反向电压(即，步骤(1)中施加正电压，则该步骤中施加负电压，步骤(1)中施加负电压，则该步骤中施加正电压)，在器件的最大耐受电流值范围之内不限制电流，逐渐增大电压，电流随之增大，此过程使高价金属氧化物被局域电退火，形成低价金属氧化物绝缘相，导致之后电流突降。

由于该低价金属氧化物具有金属绝缘体转变特性，通过控制该低价金属氧化物的相变，该器件具有金属绝缘体转变功能。上述整个电处理一过程中三明治结构器件的状态变化如图2所示。

所述电处理二包括如下步骤：

将所述的三明治结构器件的底电极接地，顶电极施加正电压或负电压，在器件的最大耐受电流值范围之内不限制电流，逐渐增大电压，电流随之增大，当电压值大于或者等于某一电压值时，电流值突变至器件的最大耐受电流值，此过程使高价金属氧化物中局域氧离子大量迁移与电退火一步完成，器件被电形成，并且形成低价金属氧化物绝缘相，导致之后电流突降。

所述的电退火是指该器件随着电流增大产生热效应，即在大电流下高价金属氧化物局域产生大量的焦耳热，该焦耳热使高价金属氧化物中大量缺氧的局域位置进行热退火。