[发明专利]固态电解质阈值开关器件及其制备方法和1S1R集成结构

说明书

本发明提供了一种固态电解质阈值开关器件及其制备方法和1S1R集成结构，所述1S1R集成结构由固态电解质阈值开关器件和Ga₂O₃基忆阻器在空间叠加形成的堆叠结构；所述固态电解质阈值开关器件是在基片上依次制备有Ag底电极层、Ga₂O₃膜层、MoS₂量子点膜层和Ag顶电极层；所述Ga₂O₃基忆阻器是在基片上依次制备有Pt底电极层、Ga₂O₃膜层和Ag顶电极层。所述固态电解质阈值开关器件响应迅速，有较窄的阈值电压分布范围，电阻分布较为集中，高低阻比值较大，并且具有大幅度抑制大阵列中寄生电流的能力。

技术领域

本发明涉及忆阻器阵列技术领域，具体涉及一种固态电解质阈值开关器件及其制备方法和1S1R集成结构。

背景技术

忆阻器(Memristor)，顾名思义有记忆电阻功能的器件，能反应磁通量φ与电荷量q 之间对应关系的电路器件。1971年，美国的加州大学伯克利分校华裔科学家Leon O.Chua从逻辑和公理两个方向论证指出，自然界应该还存在一个表示磁通与电荷关系的电路元件，并且根据对称原则二者符合 d=Mdq 的数学关系，其中M即表示忆阻器。忆阻器由于其结构简单，十分有利于在半导体集成电路中应用。然而，由于阵列中器件之间的寄生电流的存在，尤其是在三维阵列集成过程中低阻状态器件之间的互相影响，增加了整个电路芯片的功耗，甚至增加了在数据读取时候误读的可能。因此，如何减少寄生电流的影响具有重要的研究意义。

基于Ga₂O₃薄膜的阈值开关器件具有高选择性10⁶、陡开斜率2mV/dec、开关电压集中的特点。本发明将该阈值开关器件堆叠在Ag/Ga₂O₃/Pt忆阻器上，以形成集成的 1S1R单元，能够实现解决减少寄生电流影响的功能。证明了阈值开关型器件与忆阻器集成的可行性，这将有利于大型交叉阵列的应用，包括非易失性存储器和神经形态计算的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种固态电解质阈值开关器件及其制备方法和1S1R集成结构，以解决阵列中器件之间寄生电流所产生的影响。

本发明为实现其目的采用的技术方案是：一种固态电解质阈值开关器件，所述器件是在基片上依次制备有Ag底电极层、Ga₂O₃膜层、MoS₂量子点膜层和Ag顶电极层。

所述基片为表面含有二氧化硅层的硅基片。

所述Ag底电极层的厚度为10~30 nm，Ga₂O₃膜层的厚度为5~25 nm，MoS₂量子点膜层的厚度为5~40nm，Ag顶电极层的厚度为10~30 nm。

上述的固态电解质阈值开关器件的制备方法，包括以下步骤：

a、使用含厚度为0.8~1.2μm二氧化硅层的硅片作为基片，采用直流磁控溅射法在基片上沉积Ag底电极层；

b、采用磁控溅射法在步骤a 的样品上制备Ga₂O₃ 膜层，其中，溅射功率为 70~90w，溅射室的基压低于 2×10^-4pa，工作压力为 2~4pa，工作气氛为Ar 和O₂混合气氛，Ar 和O₂的气体流量比为1~3∶1；

c、在步骤b所得样品上滴涂MoS₂量子点溶液，然后置于加热平台上，在75~85℃干燥 10~20min，从而制得MoS₂量子点膜层；

d、在步骤c所得样品上放置掩膜版，然后采用直流磁控溅射法沉积Ag 顶电极层。