[发明专利]一种基于本征离子导通机理的阻变存储器及其制备方法

说明书

本发明属于半导体器件相关技术领域，其公开了一种基于本征离子导通机理的阻变存储器及其制备方法，所述阻变存储器包括衬底、设置在所述衬底上的功能层及设置在所述功能层上的两端电极，所述功能层为具有本征离子迁移特性的薄膜或者二维单晶纳米片，通过所述功能层的本正离子迁移来改变所述阻变存储器的阻态。本发明将具有本征离子迁移特性的薄膜或者二维单晶纳米片应用于功能层，使得阻变存储器的阻态变化由功能层本征离子迁移导致，可摆脱对活性金属电极的依赖。

技术领域

本发明属于半导体器件相关技术领域，更具体地，涉及一种基于本征离子导通机理的阻变存储器及其制备方法。

背景技术

阻变存储器(RRAM)是一类两端型的忆阻器，在特定的外加电信号下其阻值将发生非易失的可逆转变，根据阻态切换电压的极性可将其分为单极性与双极性，RRAM具有兼容CMOS工艺的三明治结构，即两端电极以及中间的阻变功能层，目前普遍被认可的三类阻变机制及其特征如下：电化学金属化机制(ECM)，其两端电极中有一端为活性电极；价态转变机制(VCM)，其功能层具有高氧空位迁移率；热化学机制(TCM)，焦耳热造成的功能层内部熔融导致阻态变化，主要针对单极性RRAM。

近年来新兴的二维材料，由于其具有原子级厚度、易制备和集成等优势，被广泛应用于RRAM技术中，增加了RRAM应用领域的丰富性。目前，RRAM在非易失性数据存储、类脑神经形态计算、真随机数与密码秘钥、逻辑运算等方面表现出了巨大的应用潜力，是下一代数据存储与处理系统出色的候选者。

目前，双极性RRAM的阻变机理主要有导电细丝和空位迁移两种。

导电细丝是活性电极提供的金属阳离子在功能层中氧化还原并迁移形成的金属细丝，其要求金属阳离子发生两极之间的长程迁移，通常需要较高的偏置电压且迁移过程不稳定。空位迁移是含氧功能层中的氧空位迁移形成非金属导电通道，该机理的RRAM制备时通常需通过退火、O₂ plasma等操作人为引入氧空位缺陷，以提升器件性能，但引入效果不可控，不同器件性能差异大，难以集成应用。同时，上述两种机理均需通过活性金属电极提供金属阳离子或功能层退火、O₂ plasma等操作由外界引入阻变通道，因此RRAM的稳定性与循环性仍存在问题。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于本征离子导通机理的阻变存储器及其制备方法，其将具有本征离子迁移特性的薄膜或者二维单晶纳米片应用于功能层，使得阻变存储器的阻态变化由功能层本征离子迁移导致，可摆脱对活性金属电极的依赖。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于本征离子导通机理的阻变存储器，所述阻变存储器包括衬底、设置在所述衬底上的功能层及设置在所述功能层上的两端电极，所述功能层为具有本征离子迁移特性的薄膜或者二维单晶纳米片，通过所述功能层的本正离子迁移来改变所述阻变存储器的阻态。

进一步地，两个所述电极的材料均为惰性金属。

进一步地，所述电极的材料为Au或Pt，厚度为50nm～200nm。

进一步地，所述功能层的厚度为10nm～500nm。