[发明专利]一种基于钨酸铋材料的非挥发性阻变存储器

说明书

本发明公开了一种基于钨酸铋材料的非挥发性阻变存储器，通过脉冲激光沉积方法生长钌酸锶下电极钨酸铋薄膜，并通过掩膜版法制作铂上电极，完成BWO薄膜器件的制备。使用安捷伦安捷伦B1500A测量其I‑V特性曲线，在双对数坐标系下，分析其内部导电机制符合空间电荷限制传导，且正方向具有优异的保持特性，BWO薄膜器件具有制备阻变存储器的潜力。使用安捷伦B1500A、Radiant铁电铁测试仪，对BWO阻变存储器的数据保持特性以及疲劳特性进行测试，评估BWO阻变存储器的可靠性。实验发现，BWO薄膜器件拥有优秀的阻变特性，且具备良好的保持和疲劳特性，可应用于阻变存储器件。

技术领域

本发明涉及阻变薄膜器件及半导体工艺领域，适用于各类阻变薄膜存储器件。

背景技术

随着半导体技术的发展，基于铁电材料的阻变存储器受到了越来越多的关注。阻变存储器具有制造简单，成本低，密度高，运行速度快，可扩展性好和功耗低等优点。

钨酸铋(Bi₂WO₆，BWO)材料具备如压电、铁电、热释电及催化等物理化学性能，使其在铁磁材料、催化等诸多领域有着广泛的应用。但是，在阻变薄膜器件的研究领域，钨酸铋材料还未有涉及。因此，研究钨酸铋薄膜器件的阻变特性是十分必要的。

本发明提供一种新型基于钨酸铋材料的非挥发性阻变存储器。这种技术有利于拓展新型阻变存储器，推进阻变存储器件的研究与发展。

发明内容

本发明提供了一种基于钨酸铋材料的新型非挥发性阻变存储器。

达成上述目的，本发明提供如下解决方案：

一种生长在钛酸锶(SrTiO₃，STO)衬底上铁酸铋(BWO)阻变存储器结构特征包括：STO衬底1、下电极2、BWO薄膜3、上电极4和探针5。上电极4为铜(Au)，下电极2为钌酸锶(SrRuO₃，SRO)。下电极2生长在STO衬底1上，BWO薄膜3生长在下电极2上，上电极4生长在BWO薄膜3上。

通过脉冲激光沉积方法(Pulsed Laser Deposition，PLD)生长上述结构的钨酸铋阻变存储器，并对其进行电学性能测量，分析钨酸铋阻变存储器的性能，实现步骤如下。

选择(001)晶向的STO单晶作为衬底材料，并通过脉冲激光沉积方法(PulsedLaser Deposition，PLD)生长15nm厚的SRO薄膜，作为BWO阻变存储器的下电极。

在生长BWO薄膜前，使用氯氮嗪酸蚀刻STO薄膜，是STO薄膜表面裸露出光滑的TiO_2-原子层。再通过PLD技术，在SRO薄膜上生长高质量(113)晶向的BWO薄膜。PLD生长BWO薄膜采用波长为248nm，能量密度为～1J cm^-2的KrF准分子激光器，脉冲重复频率1Hz。薄膜生长温度700℃，氧气压力13Pa。

实验中，我们通过控制生长时间控制薄膜厚度，并通过扫描电子显微镜(SEM)测量进行确认。而薄膜的相和结晶度则通过X射线衍射法进行确认。

BWO薄膜沉积完成后，提升氧气压力，使BWO薄膜在10⁴Pa的氧气压力下进行慢退火(5℃/分钟)。BWO退火完成后，使用传统的掩膜版技术，在BWO薄膜表面生长厚度为60nm铂(Pt)圆电极。

对上述生长的BWO阻变存储器进行电学性质测量，测量步骤如下。

首先，通过探针台的探针5连接BWO薄膜3与安捷伦B1500A，BWO阻变存储器的下电极2接地，上电极4连接驱动电压。

在室温下，分别测量BWO阻变存储器在正向、负向偏压区域的I-V曲线，分析在双对数坐标系下I-V曲线的斜率变化，判断BWO阻变存储器的导电机制。