[发明专利]一种高一致性忆阻器及其制备方法

说明书

本发明的提供一种高一致性忆阻器及其制备方法，该忆阻器自下而上包括惰性金属下电极、氧化物阻变层、活性金属纳米插层、惰性金属上电极，氧化物阻变层中包含有部分的活性金属原子，其特征在于沿由所述金属下电极指向所述金属上电极的方向，活性金属原子的含量递增变化，本发明的忆阻器在外加电压作用下能够实现高低阻态的转变，呈现双极性阻变。器件阻变电压的幅度≤3V，阻态波动小于30％，良率大于90％。所述制备方法，通过器件结构设计、工艺优化，实现活性金属原子对氧化物阻变层的梯度掺杂，降低器件离散性，提高器件的良率。本发明中忆阻器阻变的机制主要由活性金属原子参与的氧化还原反应所主导，器件的阻态波动小于30％，良率大于90％。

技术领域

本发明属于智能信息器件技术领域，更具体地，涉及一种高一致性忆阻器及其制备方法。

背景技术

忆阻器是一种新原理器件，具备集成密度高、操作速度快、功耗低、非易失等特点，同时具备存储和计算功能，为开发高密度存储技术、新型存算一体技术提供了发展契机。

高性能的忆阻器件单元是实现上述应用的基础。目前忆阻器件还存在若干问题，包括同一器件不同循环之间的参数离散型差、不同器件之间的参数离散性差、良率不高，这些问题严重制约了忆阻器在高密度存储和新型存算一体技术中的应用与发展。

发明内容

针对现有器件制备技术的缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种高一致性忆阻器，该忆阻器自下而上包括惰性金属下电极、氧化物阻变层、活性金属纳米插层、惰性金属上电极，氧化物阻变层中包含有部分的活性金属原子，其特征在于沿由所述金属下电极指向所述金属上电极的方向，活性金属原子的含量递增变化。

作为本发明的进一步优选，所述金属氧化物为Hf的氧化物、Ta的氧化物，Ti的氧化物，Al的氧化物，W的氧化物，或者Zr的氧化物。

作为本发明的进一步优选，所述下电极为惰性电极，优选Pt、Pd、Ru、Ta、Hf 中的一种；所述上电极为惰性电极，优选Al、W、Ti、TiN、TaN中的一种，所述活性金属纳米插层优选Cu、Ag中的一种。

作为本发明的进一步优选，下电极的厚度优选为25～50nm，所述氧化物阻变层的厚度优选为3～5nm，所述活性金属纳米插层厚度优选3～8nm，所述上电极的厚度为30～0nm。

本发明的忆阻器在外加电压作用下能够实现高低阻态的转变，呈现双极性阻变。器件阻变电压的幅度≤3V，阻态波动小于30％，良率大于90％。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，本发明提供了一种高一致性忆阻器件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，在二氧化硅衬底上制备惰性金属下电极；

步骤二，制备氧化物阻变层；

步骤三，对氧化物阻变层进行图形化刻蚀；

步骤四，在所述氧化物阻变层上制备活性金属纳米插层和惰性上电极；

步骤五，将上述器件放置在退火炉中进行真空退火。

所述制备方法，通过器件结构设计、工艺优化，实现活性金属原子对氧化物阻变层的梯度掺杂，降低器件离散性，提高器件的良率。本发明中忆阻器阻变的机制主要由活性金属原子参与的氧化还原反应所主导，器件的阻态波动小于30％，良率大于90％。

作为本发明的进一步优选，在所述的步骤一中，在制备所述惰性金属下电极开始前，通过光刻工艺在二氧化硅衬底上形成对应光刻图形的光刻胶层，从而制备出具有一定形状的微米/纳米线条；

此外，在衬底上形成所述光刻胶层后，在生长所述惰性金属下电极开始前，应该通过等离子体刻蚀进行打底胶工艺，去除图形区残留的光刻胶；

优选的，优先采用电子束蒸发工艺生长惰性金属下电极，金属材料优选为铂或者钯；