[发明专利]一种互补型阻变存储器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种互补型阻变存储器及其制备方法。所述互补型阻变存储器包括底电极、阻变功能复合层以及顶电极。所述阻变功能复合层包括无机金属氧化物介质层及设于无机金属氧化物介质层之间的六角型蜂巢晶格石墨烯(Graphene)材料薄膜。该互补型阻变存储器解决了阻变存储器十字交叉阵列结构中的串扰问题。该器件具有结构简单，操作电压低，响应速度快等优点，可用于开发高集成密度，低能量功耗的纳米尺度非易失性互补型阻变存储器。

技术领域

本发明涉及半导体存储领域，具体涉及一种互补型阻变存储器及其制备方法。

背景技术

基于半导体技术的存储器已经逐渐成为存储领域的中坚力量，广泛应用于大数据，云计算，计算机等高新科技行业。随着人们对于大容量，高性能，可移动，便携式存储器的需求逐渐增大，传统的磁随机动态存储器和闪存由于其自身物理尺寸限制，已经不能满足高密度、小型化的存储要求，开发新型存储器具有重要的意义和价值。阻变存储器(RRAM，resistance random access memory)在众多新型存储器件中被视为最有发展潜力的存储器之一。与传统存储器相比，阻变存储器在微缩能力(scaling)、功耗、容量、寿命等方面具有很大的优势。

石墨烯比表面积高达2600m2/g，导热性能3000W·m-1·K-1，力学性能1060GPa，在室温下有较高的电子迁移率15000cm2·V-1·S-1，此外，它的特殊结构使其拥有半整数的量子霍尔效应，成为发展半导体纳米器件备受关注的材料之一。

阻变存储器是一种M-I-M(Metal-Insulation-Metal)三明治结构的两端器件，通过十字交叉阵列(Crossbar Array)的结构即底电极和顶电极交叉排列，把存储介质置于两个电极之间。采取了3D存储结构后，每一个存储单元可以缩小到4F2/n的尺寸(F为制造工艺的特征尺寸，n为存储器中十字交叉阵列的层数)，可以与现有的CMOS工艺完美兼容。然而，十字交叉阵列在实际应用中有技术瓶颈问题，即在操作时，面临近邻存储单元的串扰问题(Crosstalk Problem)。因此，解决十字交叉阵列结构中的串扰问题对阻变存储器的发展和应用至关重要。

对于十字交叉阵列中串扰问题，传统解决方法是阻变存储器与选择单元如晶体管，二极管，三极管，阈值开关等选通器件相连，这样有效解决了十字交叉阵列中结构中串扰问题，但是这样无疑增加了器件制作地复杂度和成本，不利于大规模商业化应用。

发明内容

本发明的目的在于针对目前阻变存储技术的不足，提供一种互补型阻变存储器，具体采用如下技术方案：

一种互补型阻变存储器，其特征在于：包括底电极、顶电极、及夹于底电极与顶电极之间的阻变功能复合层；所述阻变功能复合层包括第一无机金属氧化物介质层、第二无机金属氧化物介质层及夹于所述第一、第二无机金属氧化物介质层之间的石墨烯薄膜，所述底电极与所述第一无机金属氧化物介质层相连接，所述顶电极与所述第二无机金属氧化物介质层相连接。

进一步的，所述第一及第二无机金属氧化物介质层为非晶Al₂O₃薄膜。

进一步的，所述石墨烯薄膜为单层六角型蜂巢结构周期性紧密堆积的二维碳材料薄膜。

进一步的，所述的底电极为Au、Pd、Ag、Cu、Pt、ITO、AZO或FTO；顶电极为Au、Al、Ag或Pt。

进一步的，所述Al₂O₃薄膜的厚度为5～30nm。

进一步的，所述Al₂O₃薄膜的厚度为10nm。

进一步的，所述互补型阻变存储器可用于柔性器件中。

一种互补型阻变存储器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：