[发明专利]一种基于铪钛氧复合薄膜的柔性选通管器件及其制备方法

说明书

本发明公开一种基于铪钛氧复合薄膜的柔性选通管器件及其制备方法，所述选通管器件从下至上依次包括柔性衬底、底电极、功能层和顶电极，其中：所述功能层材料为铪钛氧复合薄膜；所述柔性衬底为聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺中的任一种；底电极优选为ITO；所述功能层是将二元过渡金属氧化物HfO₂、TiO₂共溅射制得；顶电极采用Pt金属。本发明是通过磁控溅射、光刻、剥离等技术制备各层薄膜。本发明的优点是：室温下制备、工艺简单、成本低廉；选通管阈值电压和保持电压离散度低；柔性抗弯曲特性优良。本发明的柔性选通管器件可以用于解决阻变存储器三维集成后面临的串扰电流问题，具有较强的发展潜力及应用前景。

技术领域

本发明涉及微电子技术与材料科学领域，更具体地说，本发明涉及一种基于铪钛氧复合薄膜的柔性选通管器件及其制备方法。

背景技术

随着便携、可穿戴式设备的飞速发展以及柔性薄膜晶体管、传感器、有机发光二极管、射频识别天线等电子器件的广泛应用，人们迫切需要开发一种基于柔性衬底上的存储器件，实现数据存储、处理运算、射频通讯等功能，并能够与其它电子器件整合，应用于柔性电子系统、柔性显示、射频识别、生物医学等领域。因此，存储器的柔性化展现出广阔的应用前景而备受关注，已成为未来信息存储领域的一个重要发展方向。柔性存储器除了具有一般RRAM器件的诸多优点，还具有成本低、可低温、可弯曲及大面积生产等优良特性。

要实现柔性RRAM器件在电路中的应用，必须对存储器单元集成而构成三维垂直交叉阵列。无源交叉阵列通常是RRAM集成的首选方式，每个存储单元的面积为4F²/N(F为特性尺寸，N为层数)。虽然交叉阵列结构能大力提高器件的集成度，但始终面临着交叉串扰引起的误读问题。目前，解决RRAM无源交叉阵列中串扰问题的方案主要有三种：交叉阵列节点处每个存储单元与一个选通管相连形成1S1R结构；或每个存储单元与一个二极管相连形成1D1R结构；或交叉节点处存储单元具有自整流效应，即1R结构。这三种解决方案都是为了构成具有整流特性的无源交叉阵列，能够抑制泄漏电流的干扰，同时不会引入复杂的外围电路，有利于器件的三维集成而提高存储密度。2015年，作为自NAND闪存以来的首项新型非易失性存储技术，3D XPoint技术由英特尔和美光发布，其速度和耐久性都是NAND闪存的1000倍，引起产业界和学术界的巨大轰动。该技术采用1S1R(选通管-阻变存储器)结构，由于其结构可以有效解决阻变存储器三维集成后面临的串扰电流问题，展现出了广阔的应用前景，具有较强的发展潜力。

选通管器件可以看作是一种非线性电阻，当电压低于某一阈值电压时，选通管器件截止；电压高于这一阈值时，器件导通。双向选通管具有对称的电流-电压曲线，易于和双极性阻变存储器集成，以1S1R结构应用于交叉阵列，解决串扰电流问题。目前，双向选通管功能层材料有氧化钒、氧化铌、氧化钛、氧化钽，等等。这些材料作为功能层的选通器件面临选择比较小、阈值电压和保持电压的离散度较大等缺点。

发明内容

针对背景技术中所指出的问题，本发明的目的在于提供一种基于铪钛氧复合薄膜的柔性选通管器件及其制备方法。本发明的选通管器件在合适工艺参数下具备优异的选通特性。同时，铪钛氧复合薄膜可构筑柔性选通器件，在柔性电子领域有广泛应用前景。

本发明的上述第一个目的，采用如下技术方案实现：

一种基于铪钛氧复合薄膜的柔性选通管器件，所述选通管器件从下至上依次包括柔性衬底、底电极、功能层和顶电极，其中：所述功能层材料为铪钛氧复合薄膜。

进一步，上述技术方案，所述的柔性衬底材料为聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚酰亚胺(PI)中的任一种。

进一步，上述技术方案，所述的底电极为FTO、ITO、ZTO或TiN材料中的任一种，优选为ITO(氧化铟锡)。

进一步，上述技术方案，所述的顶电极材料为Pt。