[发明专利]一种基于多层氧化物薄膜的选通器器件结构及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种基于多层氧化物薄膜的选通器器件结构及其制备方法与应用。它的结构由下至上依次包括衬底、底电极、选通功能层和顶电极；所述选通功能层包括多层氧化物薄膜。它的制备方法，包括如下步骤：通过在所述衬底上光刻出所述选通器的图形；在上述光刻后衬底上依次沉积所述底电极、所述选通功能层和所述顶电极，即得到所述选通器。本发明选通器高选择性(或开关比)、低阈值电压、快响应速度、高寿命、高均一性，电学各项性能指标优异；其利用简单的磁控溅射制备。

技术领域

本发明涉及一种基于多层氧化物薄膜的选通器器件结构及其制备方法与应用，属于信息电子材料技术领域。

背景技术

存储器作为一种集数据存储和数据处理为一身的半导体器件，在半导体市场中一直占据着举足轻重的地位。作为下一代新型的非易失性存储器，如磁阻存储器和阻变存储器，在基于交叉阵列结构进行高密度集成的过程中必须解决串扰电流问题。目前，串扰电流最有效的解决方案就是将存储单元与选通器串联起来形成1S1R结构再进行阵列集成。选通器的基本原理是：利用电信号控制选通器的开关，施加高于阈值电压的偏压时，选通器打开，由高阻态变为低阻态；撤去外加偏压时，选通器关闭，自主从低阻态回到高阻态。近年来，基于二元氧化物的选通器由于结构与阻变存储器类似，制备方法简单以及与CMOS兼容等优势，成为学界和业界的热点。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于多层氧化物薄膜的选通器器件结构及其制备方法与应用，本发明选通器高选择性(或开关比)、低阈值电压、快响应速度、高寿命、高均一性，电学各项性能指标优异；其利用简单的磁控溅射制备。

本发明提供的一种选通器，其结构由下至上依次包括衬底、底电极、选通功能层和顶电极；

所述选通功能层包括多层氧化物薄膜。

上述的选通器中，所述衬底为商用Pt(～120nm)/Ti(～15nm)/SiO₂/Si基片或Si基片。

上述的选通器中，所述底电极和所述顶电极的材料均为活性金属；

所述活性金属包括Ag、Cu和Al中的至少一种；

所述氧化物薄膜的材料包括氧化钽、氧化铪、氧化锌、氧化钴、氧化铬、氧化铜、氧化铝、氧化钒、氧化锰和氧化铌中的至少一种。

上述的选通器中，所述衬底的厚度可为0～200nm；

所述底电极的厚度可为5～100nm；

所述选通功能层的厚度可为10～100nm；

所述顶电极的厚度可为5～100nm。

上述的选通器中，所述选通功能层包括(2n+1)层氧化物薄膜，其中n为正整数；n具体可为1、1～5或1～10。

上述的选通器中，所述选通功能层由下至上依次包括缺氧层、富氧层和缺氧层；

所述缺氧层为所述氧化物薄膜的材料中至少一种的薄膜；

所述富氧层为与所述缺氧层化学组成相同，但氧元素化学计量比更大的所述氧化物薄膜；所述氧元素化学计量比为本领域公知常识，指的是氧元素所占化学计量比的最大值为与之化合的元素最高价态化合物中的氧元素比例。

本发明还提供了上述的选通器的制备方法，包括如下步骤：通过在所述衬底上光刻出所述选通器的图形；在上述光刻后衬底上依次沉积所述底电极、所述选通功能层和所述顶电极，即得到所述选通器。

上述的制备方法中，所述光刻的方法采用紫外曝光技术或电子束曝光技术；

所述底电极和所述顶电极采用直流磁控溅射进行沉积得到；

所述选通功能层采用射频磁控溅射进行沉积得到。