[发明专利]基于钛掺杂的氧化铌选通管及其制备方法

说明书

本发明提供了一种基于钛掺杂的氧化铌选通管及其制备方法，该选通管包括：底电极；转换层，位于所述底电极一侧表面；顶电极，位于所述转换层远离所述底电极一侧表面；其中，所述转换层的材料为钛掺杂的氧化铌。未掺杂钛的氧化铌选通管相比于本发明，需要在选通管上外加‑5.15V的Forming电压，只有经过Forming过程选通管才能表现出阈值转变的性能。本发明的基于钛掺杂的氧化铌选通管，不需要Forming过程就可以直接表现出阈值转变的性能，具有Forming‑free的特性，可以极大地缓解外围电路的设计压力，并保护器件免受大电压的破坏。

技术领域

本发明涉及信息存储技术领域，尤其涉及一种基于钛掺杂的氧化铌选通管及其制备方法。

背景技术

近些年来，伴随着大数据、5G通信、人工智能、云计算等高新技术的兴起，所需存储和读取的信息量也是不断增加，因此就需要性能更加优良的存储器来满足这些新兴技术对数据存储的需求。目前商用的主流半导体存储器是浮栅结构的闪存(Flash)存储器，然而，近30年来，浮栅闪存存储器除了在特征尺寸上有缩小之外，在其他方面并没有特别大的改进。当前的浮栅闪存存储器的特征尺寸已经缩小到了纳米级别，此时由于面临许多理论和技术上的限制，尺寸难以进一步缩小；同时其平面集成架构也难以进一步提高存储密度来满足21世纪人们对存储信息量的需求。因此开发出基于新材料、新结构的新型存储器是必然的选择。目前所研发以基于非易失性电阻转变的阻变存储器(RRAM)为代表的新型存储器具有良好的可扩展性、低能耗、快速转换速度、较长的耐受时间和简单的器件结构等一系列优点。

然而，在将存储器进行集成，制备高存储密度的阵列以存储大量数据时，由于阵列中相邻单元的干扰，会产生非常明显的串扰效应，从而导致数据读取错误。为了解决串扰效应引起的误读问题,目前主要的解决方法是将存储器和一个选择器串联起来进行集成。目前所研究的选择器包括具有整流特性的选通管(selector)，二极管，和三极管。

其中，选通管器件是两端结构，晶体管是三端结构，选通管器件的结构比晶体管的结构简单，且可扩展性好。与二极管相比，选通管器件独特的双极对称性使得在集成后读取和写入数据时没有极性的限制。且选通管器件可以很好地控制漏电流，因此，选通管器件被认为是最有希望在新型存储器三维堆叠中最终得到应用的器件。

然而，用现有的技术所制造出来的选通管器件在制作完成后大多都需要Forming过程使器件从初始状态转变到高阻态以达到激活器件的目的，激活后器件才表现出基于易失性的阈值转变，具有选择性功能，而这增加了存储器电路操作的复杂性。考虑到目前的器件尺寸越做越小，集成度也越来越高，如果每一个器件都需要施加一个大的Forming电压来激活器件，这对电路设计施加了严格的束缚。

由于实施Forming过程通常都是在选通管上加一个大电压，这虽然激活了选通管，但同时也使得选通管的电阻发生了未知的变化。且较大的Forming电压还会对选通管的内部结构造成不可逆转的损伤，可能会降低选通管的稳定性和耐受性，这严重阻碍了选通管器件的大范围应用。在将选通管和存储器进行集成时，Forming过程的存在对电路设计提出了更高的要求。在加一个大电压进行Forming时，为了避免器件给击穿，需要对器件设置限流，在电路设计的时候就需要一个额外的高压电源模块和限流模块，这对电路设计和器件测试都是一个沉重的负担。

基于目前选通管器件在制作完成之后都需要Forming过程而存在的技术缺陷，有必要对此进行改进。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种基于钛掺杂的氧化铌选通管及其制备方法，以解决现有技术中的选通管器件在制作完成之后都需要Forming的技术问题。

第一方面，本发明提供了一种基于钛掺杂的氧化铌选通管，包括：

底电极；

转换层，位于所述底电极一侧表面；

顶电极，位于所述转换层远离所述底电极一侧表面；