[发明专利]一种透明多值非易失阻变存储单元及其制备方法

说明书

一种透明多值非易失阻变存储单元及其制备方法，属于半导体固态存储器技术领域。存储单元由底电极、铁电单晶层、阻变层和顶电极所构成；底电极制备在铁电单晶层的下表面，阻变层制备在铁电单晶层的上表面；阻变层上制备有两个电极构成的顶电极。两个顶电极作为电阻状态的读取电极，其中一个顶电极与底电极一起构成了电阻状态的写入电极。组成存储单元的各个部分皆选用透明的材料。该存储单元具有结构简单、稳定性强、透明、非易失性以及可以工作在室温的特点。

技术领域

本发明属于半导体固态存储器技术领域，具体涉及一种基于透明铁电异质结的具有多值非易失存储特性阻变存储单元及其制备方法。

背景技术

随着集成电路行业的飞速发展，技术和工艺的进步使得器件的尺寸不断缩小，功能更加丰富，集成化程度逐步提高。近年来，作为基础器件之一的信息存储器件对高存储密度和高读取写入速度的需求使得技术不断发展，器件尺寸不断地缩小。进入到十几纳米的特征尺寸后，量子效应将十分明显，单纯依靠存储单元特征尺寸的减小来实现更高的存储密度的技术路线终将走到尽头。新型器件的研发已迫在眉睫。在提高存储密度的技术路线中，在单一存储单元中存入多个状态的多值存储技术，可以在不改变尺寸的前提下，大幅提高存储密度，越来越受到重视。

另一方面，随着应用场景的多样化，也对器件提出了多功能化的需求。其中对可见光透明的器件就是其中的重要一种。具有透明特性的存储器件，可以将存储芯片集成到屏幕中，从而释放主板的空间以用于可提供其他功能的其他组件。同时，将信息存储在屏幕中而不是存储在内部的组件内可以进一步降低设备的整体厚度。因此，开发具有对可见光透明的多值非易失存储器件，对未来存储器件的发展具有重要的价值

发明内容

本发明针对上述需求，提出了一种透明多值非易失阻变存储单元及其制备方法。

一种透明多值非易失阻变存储单元，如图1所示，由底电极、铁电单晶、阻变层和顶电极组成；底电极制备在铁电单晶基片的下表面；铁电单晶选用双面抛光的表面为(111)面的铁电单晶基片，如BaTiO₃、Ba_xSr_1-xTiO₃、(1-x)Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃-xPbTiO₃(0＜x＜1)，厚度为0.1～0.6mm；铁电单晶基片的上表面制备有掺Cr的In₂O₃薄膜作为阻变层，Cr的质量分数为0.1％～10％，厚度为10～70nm；阻变层上制备有顶电极，顶电极由形状为条形或叉指的两个电极构成，作为电阻状态的读取电极；电阻状态的写入电极由底电极和其中一个顶电极构成；电极材料选用透明导电金属化合物(氧化铟锡、铝掺杂的氧化锌等)中的一种或几种制成，电极厚度为0.01～10μm。

本发明另一方面提供了一种透明多值非易失阻变存储单元的制作方法，其步骤如下：

(1)清洗铁电单晶基片；

依次使用丙酮、乙醇和去离子水对铁电单晶基片进行超声清洗，或者使用等离子清洗机进行清洗，使单晶基片表面无污染即可；

(2)沉积掺Cr的In₂O₃薄膜作为阻变层；

运用脉冲激光沉积技术，选择高纯度(纯度99.9％)的掺Cr的In₂O₃作为靶材料，在铁电单晶基片上沉积掺Cr的In₂O₃薄膜；靶材与基片的间距为50～70mm，沉积腔内的氧分压为0.05～1Pa，铁电单晶基片温度为650～750℃，激光的频率为1～10Hz；

(3)制备电极得到存储单元；