[发明专利]一种基于ZnS·SiO2

说明书

本发明公开了一种基于ZnS·SiOsubgt;2/subgt;的双向自限流忆阻器件及其制备方法，属于集成微电子技术领域；双向自限流忆阻器件包括：上电极、功能层和下电极，功能层由ZnS和SiOsubgt;2/subgt;复合形成单层复合结构ZnS·SiOsubgt;2/subgt;；单层复合结构ZnS·SiOsubgt;2/subgt;中ZnS和SiOsubgt;2/subgt;的复合比例满足以下要求：ZnS的成分大于或等于SiOsubgt;2/subgt;。本发明通过对该忆阻器中功能层进行改进，利用ZnS和SiOsubgt;2/subgt;的复合材料作为忆阻器单元的阻变功能层，导电丝会沿着ZnS的晶界生长，从而降低导电丝生长的随机性，起到定向诱导导电丝生长的作用，提高器件的高低阻态稳定性和操作电压的一致性。同时，ZnS和SiOsubgt;2/subgt;的复合会产生一个额外的接触电阻，起到外接串联电阻的作用，实现双向自限流。

技术领域

本发明属于微电子器件技术领域，涉及一种基于ZnS和SiO₂的复合材料为阻变功能层的忆阻器及其制备方法。

背景技术

忆阻器作为下一代新型存储器，由于其结构简单，低功耗，高密度以及超高开关速度等特点，应用前景相当可观。通过施加一个合适的偏置电压，就可使器件在高阻和低阻之间转化。

目前忆阻器的介质材料研究主要集中在氧化物，相比于其他材料作为介质的忆阻器，基于氧化物的忆阻器性能更加优异。此外，氧化物结构简单、材料组分容易控制、制备工艺与传统半导体工艺相兼容。基于氧化物的忆阻器，导电机理主要是基于氧空位或是金属导电丝的通断。虽然氧化物忆阻器性能优越，但是也存在几个难题。由于导电丝的生长和断裂具有很大的随机性，导致Set/Reset电压和高低阻分布离散，器件性能一致性较差，在集成时会产生电串扰，容易造成误读和功耗增大。

此外，在实际应用中，为了防止忆阻器在低阻时由于电流过大而导致烧坏，通常需要加一个限制电流，而限制电流会导致功耗增加。在三维集成中，通过外接一个串联电阻来实现限流，这就大大降低了集成度。因此解决限制电流也成为了推进忆阻器发展的一个难题。

据报道，有研究人员观察到在忆阻器中导电丝会沿着晶界生长，这对导电丝的生长有定向诱导作用，这在一定程度上可以降低导电丝生长的随机性，提高器件性能的一致性。在常见的硫族固态电解质忆阻器中，晶界效应比较明显，虽然基于硫族固态电解质的忆阻器具有一些优异的特性，比如操作电压较低、擦写速度快，但是其循环特性差、高低阻态差异比较小，限制了硫族固态电解质忆阻器的发展。

发明内容

为了改善氧化物忆阻器目前所存在的性能缺陷并满足其应用需求，本发明提供了一种基于ZnS·SiO2的双向自限流忆阻器及其制备方法。

本发明提供了一种基于ZnS·SiO₂的双向自限流忆阻器件，包括：上电极、功能层和下电极，功能层由ZnS和SiO₂复合形成单层复合结构ZnS·SiO₂；在单层复合结构ZnS·SiO₂中导电丝沿着ZnS的晶界生长，降低了导电丝生长的随机性，实现定向诱导导电丝生长，提高器件的阻态和操作电压的一致性；所述单层复合结构ZnS·SiO₂产生的接触电阻实现自限流作用。

更进一步地，单层复合结构ZnS·SiO₂中ZnS和SiO₂的复合比例满足以下要求：ZnS的成分大于或等于SiO₂。

更进一步地，上电极为活性电极，所述下电极为惰性电极。

其中，上电极可以为Ta、Cu、TiN、Ti、Al、Ag、Al或Ni；下电极可以为Pt、ITO、TiW、Au或Pd。

更进一步地，下电极的厚度为50nm～200nm，功能层的厚度为5nm～50nm，上电极的厚度为50nm～200nm。