[发明专利]一种具有叠层结构忆阻器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种具有叠层结构忆阻器及其制备方法，属于微电子器件领域。包括：第一电极、阻变层和第二电极；阻变层设置在第一电极和第二电极之间，为第一氧化物层/第二氧化物层/第一氧化物层/…第二氧化物层/第一氧化物层，即A(BA)_n型，且n为不小于2的正整数。本发明通过采用同一材料体系的A(BA)_n型叠层结构忆阻器，减小了多层阻变层之间的界面势垒效应，明确和增强了氧空位内建势场的方向和场强，有效地促使外加电场的不均匀分布，更好地实现外部施加电场分布局域化，进而更精准地控制导电细丝形成和断裂的区域，有效地解决现有忆阻器一致性差、耐久度低、阻态保持能力差、大初始化电压等问题。

技术领域

本发明属于微电子器件领域，更具体地，涉及一种具有叠层结构忆阻器及其制备方法。

背景技术

阻变存储器，又称忆阻器，作为一种新兴的存储器件，以其结构和工艺简单、操作简便、高密度、低功耗、高速、与CMOS工艺兼容等优势，成为后摩尔时代新型存储器的有利竞争者之一。

忆阻器以阻变材料为基底，如常用的过渡金属氧化物等，可通过对其施加适用于CMOS集成电路的操作电压，来使位于上下电极间的阻变材料形成和熔断导电细丝。在过渡金属氧化物阻变材料中，氧空位导电细丝区域具有比非导电细丝区域更低的阻值。因此，器件可以在外加电压的条件下，在高电阻状态和低电阻状态之间来回切换。

通常情况下，具备单层过渡金属氧化物阻变材料的忆阻器，在进行操作前需要一个大电压进行电初始化，从而使得阻变材料软击穿形成较粗的氧空位导电细丝，接着在电极两端施加负向操作电压，熔断此较粗的氧空位导电细丝，随后施加正向操作电压会形成较细的氧空位导电细丝。上述过程中的大电压电初始化过程会导致外围驱动电路设计复杂化，并且很可能会造成器件失效及良率下降。另一方面，导电细丝的形成位置、数量、形状、粗细都是随机的、不可控的，这会严重影响器件性能的一致性。

现有的多层结构忆阻器中，多个金属氧化层的结构为AB、(AB)_n、(ABC)_n(参见专利CN105264682B)、ABA型(参见专利CN103311433A、US8749023B2)。

然而，现有的多层结构忆阻器存在以下缺陷和不足：1)AB、(AB)_n、(ABC)_n型忆阻器的各层阻变材料通常非同一种材料体系，首先这会增加阻变层内各层阻变材料之间的界面势垒效应，加大载流子迁移的随机性，对器件的阻变特性产生较大的影响；其次这几类结构内建势场的方向性不够明确，并不能很好的精准控制导电细丝的形成和断裂，仍然存在一定的随机性。2)ABA型忆阻器阻变层的层数较少，阻变层内部的内建势场不够强，很难实现氧空位导电细丝的精准局域化，不能很好地减弱导电细丝的随机演变。

因此，有必要提供一种具有同质材料的A(BA)_n型复合叠层结构的忆阻器，来实现对阻变层内导电细丝形成和断裂的精准控制，大大减弱导电细丝的随机演变，有效地解决了现有忆阻器一致性差、耐久度低、阻态保持能力差、大初始化电压等问题。

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具有叠层结构忆阻器及其制备方法，旨在解决忆阻器一致性差、耐久度低、阻态保持能力差、大初始化电压等问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种具有叠层结构忆阻器，包括：

第一电极、阻变层和第二电极；

所述阻变层设置在第一电极和第二电极之间；

所述阻变层为第一氧化物层/第二氧化物层/第一氧化物层/…第二氧化物层/第一氧化物层，即A(BA)_n型，且n为不小于2的正整数。

优选地，第一氧化物层和第二氧化物层材料体系相同，为一元金属氧化物或者二元金属氧化物中的一种或者多种。