[发明专利]一种基于Zr元素掺杂的钙钛矿阻变存储器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种基于Zr元素掺杂的钙钛矿阻变存储器及其制备方法，涉及半导体材料及功能器件技术领域。本发明的阻变存储器，从上至下依次包括顶电极、介质层、底电极和玻璃基底，其中：所述介质层为Zr元素掺杂的卤化物钙钛矿材料。本发明的阻变存储器，结构简单，保持了传统阻变存储器的构造，不需要增加额外的结构层，仅通过在钙钛矿薄膜中掺入Zr元素，使本发明制得的阻变存储器的开关比和稳定性明显提高，极大地降低了器件功耗，同时还增加了器件的稳定性和均一性。另外，本发明的阻变存储器制备成本低，工艺简单，易操作，有利于产业化应用，具有良好的市场应用前景。

技术领域

本发明涉及半导体材料及功能器件技术领域，具体涉及一种基于Zr元素掺杂的钙钛矿阻变存储器及其制备方法。

背景技术

传统闪存技术在持续微缩到20nm以下技术节点后将面临一系列技术限制和理论极限，已难满足超高密度的存储要求，因此开发新型存储技术有相当重要的意义和价值。当前，基于电致阻变效应开发的阻变存储器件因结构简单、响应速度快、操作功耗低、易于集成和非易失性等特点，已成为下一代非挥发存储技术的有力竞争者，具有广阔的应用前景。

阻变存储器是以非导性材料的电阻在外加电场作用下，在高阻态和低阻态之间实现可逆转换为基础的非易失性存储器。阻变存储器是一种多层薄膜结构，其基本结构：底电极/介质层/顶电极。组成阻变存储器的介质材料范围非常广泛，不同材料的制备方法也不尽相同，每种方法都有其使用范围。总的来说，按介质材料的基本属性可以把其分为无机材料和有机材料两大类，这两类材料在存储性能和应用领域方面的特性都迥然不同。无机介质材料通常表现出更加稳定、更加快速、耐受性更好的电阻转变行为，而有机介质材料的优点则是高度的柔韧性、制备简单、成本低廉等。自从卤化物钙钛矿材料作为太阳能电池光吸收材料以来就引起了很大的关注，其不仅具有高效的光吸收能力和载流子迁移率，还具有独特的双极性特性，能够同时传输电子和空穴，还具有可调性的带隙，这些特性使卤化物钙钛矿成为了优异的光伏材料，掀起了研究的热潮。最近，也有将卤化物钙钛矿应用于阻变存储器，且获得了优异的性能。相较于传统的ABO₃型的陶瓷钙钛矿氧化物如BaTiO₃，SrRuO₃，SrZrO₃等材料，卤化物钙钛矿具有制备简单并且结晶良好的优势。近几年基于卤化物钙钛矿的阻变存储器件有了长足的进展，但是仍然存在一些问题，譬如开关比小，性能不稳定，阻变机理不明确和器件微缩性不好等。而目前一般采用加金属氧化物隔离层优化器件性能，又存在工艺相对复杂，增加制作成本和器件结构复杂等问题。所以优化钙钛矿结构，提升器件性能是需要进一步研究的课题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有阻变存储器技术的不足，提供一种基于Zr元素掺杂的钙钛矿阻变存储器及其制备方法，进一步提升器件的性能。

为了实现本发明上述第一个目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于Zr元素掺杂的钙钛矿阻变存储器，所述存储器从上至下依次包括顶电极、介质层、底电极和玻璃基底，其中：所述介质层为Zr元素掺杂的卤化物钙钛矿材料。

进一步地，上述技术方案中所述的卤化物钙钛矿材料的分子通式为ABX₃，其中：A＝CH₃NH₃或Cs；B＝Pb；X＝Cl，Br或I。

进一步地，上述技术方案中所述的顶电极材料为Pt、Au或W中的任一种，所述的底电极材料为FTO、ITO、ZTO或AZO中的任一种。

进一步地，上述技术方案中所述的顶电极的厚度为50nm～300nm，所述顶电极的形状为圆形或者矩形，直径或边长为50nm～1mm。

进一步地，上述技术方案中所介质层的厚度50nm～1μm，所述介质层的形状为圆形或者矩形，直径或边长为50nm～2cm。