[发明专利]一种提高阻变存储器稳定性的方法及其阻变存储器

说明书

本发明公开了一种利用新型二维材料提高阻变存储器稳定性的实现方法，是将石墨烯薄膜作为阻挡层嵌入阻变存储薄膜和导电电极之间。本发明中将石墨烯薄膜作为阻挡层嵌入阻变存储薄膜和导电电极之间，石墨烯可视作氧势垒，在氧离子扩散过程中防止其进一步移入顶部金属电极，随着阻变循环的增加，因为没有电极氧化还原反应的影响，阻变存储层界面附近的氧化还原过程变得稳定，能够使得阻变存储器性能参数变得更加稳定。

技术领域

本发明属于微电子技术以及存储器器件领域，具体涉及一种提高阻变存储器稳定性的方法及其阻变存储器。

背景技术

随着移动智能终端、云计算、物联网、大数据等新信息技术的快速发展与普及，消费市场对于非挥发性存储器的需求越来越大。其最大的优点是在无电源供应时所存储的数据仍能被长时间保持下来，它既有ROM的特点，又有很高的存取速度。随着数字高科技的飞速发展，对存储器的性能也提出了更高的要求，如高速度、高密度、低功耗、长寿命和更小的尺寸等。基于电荷存储机制的非挥发性浮栅存储器（Flash），作为目前非挥发性半导体存储器市场中的主流产品和代表性技术，由于其编程电压较高、读写速度较慢、功耗较大，及隧穿氧化层厚度减小会引起漏电流增加等问题，随着半导体技术工艺节点的不断提升，Flash存储器在可缩小性、功耗、可靠性等方面遇到的技术瓶颈更加严峻。近年来半导体业界、科研界和学术界，采用基于电阻值变化作为信息存储方式，实现了以磁存储器（MRAM）、相变存储器（PRAM）和阻变存储器（RRAM）等为代表的新型非挥发性存储器。其中，阻变存储器具有可缩小性好、功耗低、操作速度快、非破坏性读取以及与CMOS工艺兼容等优点，因此备受半导体产业界的关注。RRAM器件作为一种新型的非挥发性存储器，是以薄膜材料的电阻可在高阻态（HRS）和低阻态（LRS）之间实现可逆转换为基本工作原理并作为记忆的方式。

阻变存储器的材料体系多种多样，包括PrCaMnO₃，锆酸锶(SrZrO₃)、钛酸锶(SrTiO₃)等钙钛矿复杂氧化物，高分子有机材料以及简单过渡族金属的氧化物如TiO₂、NiO、ZrO₂、HfO₂、WO₃等。与其它材料相比，过渡族金属氧化物由于具有结构简单，制造成本低，以及和现有CMOS工艺兼容的优点受到格外的关注。RRAM器件结构简单，可扩展性好，MIM三层的常规RRAM堆叠结构具有与现有制造技术兼容的优点。最近，人们通过在金属氧化物薄膜和导电电极之间附加插入层来改善器件的性能，这里，附加的插入层可以用作缓冲层或阻挡层，以减少扩散现象并保证器件寿命的延长。目前发现的一些插入层材料，如Al₂O₃，有助于平滑局部氧迁移，使电阻参数更稳定。石墨烯作为一种新型二维材料，具有出色的不渗透物理性能以及高电子和导热性，基于这些优点，它可以用作理想的阻挡层，有效地阻挡穿透而不影响整个器件的电性能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中的缺点而提供一种提高阻变存储器稳定性的方法，本发明公开了一种利用新型二维材料提高阻变存储器稳定性的实现方法。

本发明的另一目的是提供了使用上述提高阻变存储器稳定性的方法的阻变存储器。

为解决本发明的技术问题采用如下技术方案。

一种提高阻变存储器稳定性的方法，上电极与下电极之间设有阻变存储层，在阻变存储层与上电极之间嵌入一层石墨烯薄膜阻挡层。

使用提高阻变存储器稳定性的方法的阻变存储器，包括衬底，在所述衬底上设置下电极，所述下电极上设置阻变存储层，所述阻变存储层由金属氧化物构成，所述阻变存储层上设置阻挡层，所述阻挡层由石墨烯薄膜构成，所述阻挡层上设置上电极。

所述下电极和上电极的厚度均为5-50nm。

所述阻挡层的厚度为1-5nm。

所述阻变存储层的厚度为3-30nm。