[发明专利]一种阈值转变器件及其制备方法

说明书

本发明属于半导体器件技术领域，提供了一种阈值转变器件及其制备方法，该阈值转变器件包括第一电极层、第二电极层以及介质材料层，所述介质材料层位于所述第一电极层与所述第二电极层之间，在电压的作用下所述第二电极层的金属离子通过所述介质材料层向所述第一电极层迁移；所述介质材料层为至少三层的多层堆叠结构，其中，所述介质材料层中所含层数为奇数，奇数层为化学计量氧化物，偶数层为过量氧含量氧化物。本发明提供的阈值转变器件能够提供高开态电流，高开关比，同时具备良好的一致性和耐久性。且该阈值转变器件结构简单，容易制备。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，更具体地，涉及一种阈值转变器件及其制备方法。

背景技术

忆阻器作为一种新型的存储器件，由于其具有速度快、尺寸小、3D堆叠潜力等优势，而被广泛的应用于大规模存储阵列中，但同时忆阻器在大规模阵列中进行读写操作会面临漏电流问题。在此前提下，各种阈值转变器件被引入到阵列中与忆阻器串联，以抑制阵列中的漏电流。在众多不同类型的阈值转变器件中，基于金属导电丝机制的阈值转变器件，由于其具有极高的开关比以及极低的关态电流，成为研究的热点。但同时，该类阈值转变器件仍然存在许多亟需解决的问题，如阈值转变一致性较差、耐久度较低、工作电流较小，这些问题阻碍了该类阈值转变器件在大规模阵列中的应用。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种阈值转变器件及其制备方法，旨在解决现有的阈值转变器件一致性差、耐久度低的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种阈值转变器件，该阈值转变器件包括第一电极层、第二电极层以及介质材料层，所述介质材料层位于所述第一电极层与所述第二电极层之间，在电压的作用下所述第二电极层的金属离子通过所述介质材料层向所述第一电极层迁移；

所述介质材料层为至少三层的多层堆叠结构，其中，所述介质材料层中所含层数为奇数，奇数层为化学计量氧化物，偶数层为过量氧含量氧化物。

优选地，所述化学计量氧化物为HfO₂、Al₂O₃、ZrO₂、HfAlO_3.5、HfZrO₄、Ta₂O₅、Fe₂O₅、MgO、TiO₂、SiO₂、Y₂O₃中的至少一种。

优选地，所述过量氧含量氧化物为HfO_2+x、AlO_1.5+x、ZrO_2+x、HfAlO_3.5+x、HfZrO_4+x、TaO_2.5+x、FeO_2.5+x、MgO_1+x、TiO_2+x、SiO_2+x、YO_1.5+x中的至少一种，且x大于0。

优选地，所述第一电极层采用惰性导电金属材料，且所述惰性导电金属材料为Ta、Ru、Au、Pt、TiN、TaN、TiAlN、TiW中的至少一种。

优选地，所述第二电极层采用活性金属材料，且所述活性金属材料为Ag、Cu、Ni、Ag₂Te、Ag₂S、Ag₂Se、Cu₂S、Cu₂Se、Cu₂Te中的至少一种。

优选地，所述阈值转变器件还包括阻挡层，所述阻挡层位于所述第二电极层与所述介质材料层之间，所述阻挡层采用TiN、SiN、石墨烯、MoS₂、α-Si、Ti中的至少一种。

进一步优选地，所述阻挡层的厚度不超过所述第一电极层厚度的10％，且不小于1nm。