[实用新型]一种基于氧化锆隧穿层的氧化铌选通器件

说明书

本实用新型涉及一种基于氧化锆隧穿层的氧化铌选通器件。本实用新型的选通器件从下至上依次包括底电极层、氧化锆隧穿层、氧化铌转换层和顶电极层；所述底电极层的厚度为50～300nm，所述隧穿层的厚度为1～5nm，所述转换层的厚度为30～100nm，所述顶电极层的厚度为50～300nm。本实用新型在氧化铌转换层和底电极层之间增加了一层超薄的氧化锆隧穿层，氧化锆隧穿层有效减小了器件的操作电流和操作电压，可显著降低器件的使用功耗，增加高阻态电阻值，提升非线性度，因此，本实用新型制得的选通器件非线性值高，非常具有发展潜力和应用价值。

技术领域

本实用新型涉及信息存储技术，更具体地说，本实用新型涉及一种基于氧化锆隧穿层的氧化铌选通器件。

背景技术

传统多晶硅闪存技术在持续微缩到20nm以下技术节点后面临一系列技术限制和理论极限，已难以满足超高密度的存储要求，因此开发新型存储技术已成为下一代高密度存储器件的迫切需求。阻变存储器(RRAM)具有单元尺寸小，器件结构简单，操作速度快，功耗低，微缩性好，易于集成等优点，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。但是，RRAM在集成过程中存在明显的串扰问题，从而造成存储信息误读，引起信息的缺少。基于此，选择器件成为RRAM集成的必然选择。选择器包括硅基选通管，氧化物势垒选通管，阈值开关选通管，混合离子-电子导体选通管和场助非线性选通管等。其中选通管(seletor)可以看作是一种非线性电阻，其在低电压和高电压下的阻值差距非常大，常常有几个数量级的差别，可广泛应用于包括相变存储在内的3D存储集成架构，组成1S1R结构。1S1R结构是指串联一个阻变存储器和一个双向选通管器件来共同构成一个存储单元，在抑制串扰电流的同时还能够保持与单个阻变器件相同的器件尺寸，可以实现十字交叉阵列的高密度集成。

然而，选通管的选择能力直接决定了存储器的集成密度。目前，选通管的非线性比较低，不能满足超大规模存储的集成需求，因此提高选通器件的非线性比成为研究的首要目标。

实用新型内容

针对背景技术中所指出的问题，本实用新型的目的在于提供一种基于氧化锆隧穿层的氧化铌选通器件，本实用新型的选通器件在氧化铌和底电极之间增加一层超薄的氧化锆隧穿层，提高了选通器件的非线性。

为了实现本实用新型的上述目的，发明人经过大量的试验研究，开发出了一种基于氧化锆隧穿层的氧化铌选通器件，所述选通器件从下至上依次包括底电极层、隧穿层、转换层和顶电极层，其中：所述底电极层为FTO、ITO、ZTO或TiN材料中的任一种，所述隧穿层为氧化锆薄膜材料，所述转换层为氧化铌薄膜材料，所述顶电极层为Pt薄膜材料，所述的氧化铌为NbO_x。

进一步地，上述技术方案中所述的氧化铌为五氧化二铌。

进一步地，上述技术方案中所述底电极层的厚度为50～300nm，所述隧穿层的厚度为1～5nm，所述转换层的厚度为30～100nm，所述顶电极层的厚度为50～300nm。

进一步地，上述技术方案中所述底电极层、隧穿层、转换层和顶电极层的形状为矩形或正方形，边长为100nm～100μm。

进一步地，上述技术方案中所述底电极层、隧穿层、转换层和顶电极层的形状为正方形，边长为0.4μm～4μm。

与现有技术相比，本实用新型的优点和有益效果为：

(1)本实用新型中采用的氧化锆是一种传统的High K材料，本实用新型在氧化铌转换层和底电极层之间增加了一层超薄的氧化锆隧穿层，氧化锆隧穿层有效减小了器件的操作电流和操作电压，可显著降低器件的使用功耗，增加高阻态电阻值，提升非线性度，因此本实用新型制得的氧化铌选通器件具有较大的非线性值，同时，由于转变电压更低，器件使用功耗低；