[发明专利]过渡金属硫化物薄膜及其制法、阻变存储器及其制法

说明书

本发明属于薄膜材料技术领域，具体涉及一种过渡金属硫化物薄膜及其制法、阻变存储器及其制法。包括：提供前驱体，所述前驱体选自硫代钼酸铵、硫代钨酸铵、硫代钒酸铵中的至少一种；将前驱体和有机溶剂混合，得到前驱体溶液；将前驱体溶液涂覆到第一衬底上并干燥以由此形成前驱体膜；提供具有形成于其上的硫化物膜的第二衬底；将具有形成于其上的前驱体膜的第一衬底和具有形成于其上的硫化物膜的第二衬底以前驱体膜与硫化物膜面接触的形式层叠以由此形成层叠体；将所述层叠体在含氢气氛中进行退火。本发明能够制备高质量大面积少层二维薄膜，从而兼顾二维材料的优异性能和薄膜在后续工艺中的耐受性，且不受多层薄膜均匀性和晶粒尺寸问题的影响。

技术领域

本发明属于薄膜材料技术领域，具体涉及一种过渡金属硫化物薄膜及其制法、阻变存储器及其制法。

背景技术

随着半导体行业对计算机存储容量和计算速度需求的增加，传统的存储器件在工艺和速度方面逐渐趋于理论极限。目前，学术界和半导体行业在持续探索一种高速、低功耗、高密度集成且具备存算一体化潜力的新型信息存储技术。其中，二维阻变存储器(RRAM)作为一种新型存储技术，兼具非易失性和高速存取的特点，有望整合主流的动态存储器(DRAM)和闪存(Flash)的技术优势，实现存算一体化，优化升级计算机层次架构，从而在未来信息领域和国家工业体系中发挥重要作用。

其中，用于RRAM的二维材料包括氮化硼(hBN)、二维钙钛矿晶体、黑磷复合材料和过渡金属硫族化合物(TMDs)等。从二维材料RRAM的系列研究中可以发现，在材料制备、器件性能和集成工艺之间存在跷跷板效应，具体而言，例如：液相剥离技术可制备大面积黑磷和石墨烯薄膜，但调控层数和缺陷密度能力较差；机械剥离法制备的TMDs性能优异且耐热性好(340℃)，但薄膜尺寸通常在10微米数量级，不适用于大面积集成；化学气相沉积法(CVD)可实现大面积单层二维材料的制备，但是化学气相沉积制备二维材料在结晶度控制仍然是一个具有挑战性的任务，膜的均匀性和晶粒尺寸两个问题尚待解决。相比之下，液相涂覆工艺有望制备高质量大面积少层二维薄膜，从而兼顾二维材料的优异性能和薄膜在后续工艺中的耐受性。

液相涂覆退火工艺制备TMDs，是指将含金属和硫族元素的前驱体进行热分解，形成薄膜的一种液相化学方法。2011年意大利人Claudia Altavilla提出用该方法制备TMDs纳米片，随后台积电研发部的李连忠(Lain-Jong Li)团队用类似的方法在氧化硅和蓝宝石表面合成TMDs连续薄膜。步骤简要概括如下，将含有前驱体的有机溶液涂覆到生长基底上(旋涂或提拉)，依次进行烘烤和真空高温退火，最终得到厚度均匀的薄膜。涂覆质量、溶液配方和退火工艺决定薄膜的形貌和结晶质量；基底的大小在原则上决定了薄膜的横向尺寸。韩国S.Lee研究团队借鉴该方法，用脉冲激光加热涂覆在4英寸片上的前驱体薄膜，实现图案化的少层TMDs薄膜，其载流子迁移率达到6.39cm²V^-1s^-1。可见，该方法虽成功制备了大面积连续的少层TMDs薄膜，但其质量与化学气相沉积尚有较大差距。硫族元素在长时间的高温真空退火，容易流失(在退火过程中补充硫族元素效果不佳)；脉冲激光的加热温度，不足以形成高质量的结晶，都可能是少层TMDs薄膜质量不佳的原因。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种过渡金属硫化物薄膜及其制法、阻变存储器及其制法。

具体地，本发明提供以下技术方案：

本发明首先提供一种过渡金属硫化物薄膜的制备方法，包括：

提供前驱体，所述前驱体选自硫代钼酸铵、硫代钨酸铵、硫代钒酸铵中的至少一种；

将所述前驱体和有机溶剂混合，得到前驱体溶液；

将所述前驱体溶液涂覆到第一衬底上并干燥以由此形成前驱体膜；

提供具有形成于其上的硫化物膜的第二衬底；