專利名稱：一種高狀態比的無機薄膜電雙穩器件及其制作方法
技術領域：
本發明屬于微電子器件和功能薄膜材料技術領域，具體涉及一種具有高狀態比的、電 可擦寫的無機薄膜電雙穩器件及其制作方法。
背景技術：
在電子器件中，電阻開關(Resistive Switching)器件是特別引人注目的一類器件。這 種器件的電阻值可以有二種不同的穩定狀態，即高電阻狀態和低電阻狀態。如果高電阻狀 態定義為"關狀態"或者"擦除狀態"，那么低電阻狀態就可以相應地定義為"開狀態" 或者"寫入狀態"。衡量電阻開關器件性能好壞的一個重要指標是二種狀態的電阻值之比， 即狀態的開關比(亦稱狀態比)。盡管對于不同的應用領域，對器件狀態比的要求可以不同， 原則上，器件的狀態比越大越好。
在前一份發明專利中，我們介紹了一種可逆的無機薄膜電雙穩器件，器件為Cu-CN-Al 結構。其中的Cu和Al作為二端器件的電極；CN為功能無機介質層。這種器件具備穩定 的可擦寫、可讀出性能。([l]徐偉，唐佳其，季欣， 一種可擦寫、可讀出的無機薄膜電 雙穩器件及其制備方法，發明專利申請號200710044248.8)
本發明是前一個發明的拓展，并提高了性能指標。
發明內容
本發明的目的在于提出一種具有高狀態比的無機薄膜電雙穩器件及其制作方法。這種 器件具備電可擦寫、可讀出功能。
本發明提出的高狀態比的無機薄膜電雙穩器件，采用Ag-CN1-Al夾層結構，如圖1 所示。其中，二端的Ag和Al作為電極；中間的CN1為無機介質層，是功能介質層，具 體是由真空熱蒸發沉積的硫氫酸鉀薄膜與部分銀底電極反應獲得的薄膜。
本發明器件的制備步驟如下在真空鍍膜機中，以絕緣的基板(比如載波片)為基
底，采用一掩膜，依次用真空熱蒸發方法沉積較厚的銀膜、硫氰酸鉀薄膜以及鋁膜。薄膜
的面積大小和形狀由特定的掩膜控制。銀膜的厚度為150~300納米，硫氰酸鉀薄膜的厚度 為5 50納米，鋁膜的厚度為80~150納米。
在制備薄膜器件的過程中，銀與硫氰酸鉀發生反應，自發形成一層復合功能介質層 CN1，厚度為10 200納米。剩余的、未反應的銀膜作為底電極。
本發明提出的高狀態比的無機薄膜電雙穩器件(Ag-CN1-Al)具有二種不同的電阻態 (高電阻態和低電阻態)，高阻態和低阻態之間用外加電壓信號來驅動可逆轉換。在銀電
極接地，鋁電極接正極的情況下反向脈沖電壓激發后，器件處于低電阻態，相當于寫入
狀態，即"l"態；正向電壓脈沖信號激發后，器件處于高電阻態，相當于擦除狀態，即 "0"態。二種狀態的可逆轉換通過交替施加正反向電壓脈沖來實現。二種狀態用較低的
電壓信號來讀出。正向擦除電壓通常采用1~4伏，反向寫入電壓通常采用-1~-4伏；讀
取電壓數值的絕對值較低，通常采用0.1 0.6伏。
中間功能介質層厚度的變化以及沉積工藝對器件電特性參數會產生一定影響，但是不 同器件的可逆電雙穩特性是一致的。 本發明提出的無機薄膜電雙穩器件穩定性很好，二種讀出狀態的電阻值比非常大，"寫
-讀-擦-讀"操作可以多次重復(參見圖2)。這種薄膜器件可作為開關元件和電存儲器件在 信息處理和運算領域中應用。特別是，由于結構和工藝簡單，成本低，在移動電話和MP3 領域有實用價值。
圖l為高狀態比的無機薄膜電雙穩器件的結構示意圖，Ag-CNl-Al. 圖2為Ag-CNl-Al薄膜器件連續"讀-寫-讀-擦"特性圖示。其中，讀取電壓-0.1V,寫 入電壓-2V，擦除電壓2V。
圖中標號1為基底；2為底電極(Ag); 3為功能無機介質層(CN1); 4為頂電極 (Al)。
具體實施例方式
實施例，以Ag-CN1-Al器件為例進一步描述本發明。 器件Ag-CNl-Al的制備
以清潔的載波片為基底，在10—spa量級的壓強下用真空熱蒸發的方法依次蒸鍍底電極 (Ag)、硫氰酸鉀(KSCN)和頂電極(AO。銀底電極的厚度大于150納米，鋁頂電極的 厚度約100納米，硫氰酸鉀的厚度約10 30納米。頂電極和底電極交叉重疊部分的面積約 0.2平方毫米。
器件Ag-CNl-Al的電特性
Ag-CN1-Al器件的"讀-寫-讀-擦"特性用外加脈沖電壓信號來實現。脈沖電壓信號由 電腦控制的HP33120函數發生器產生，用Keithley2400采集器件的電流信號。其中，Ag 作為底電極接負極，Al作為頂電極接正極。測試過程在干燥的大氣環境中進行。
圖2是這種器件進行連續的"讀-寫-讀-擦"特性。圖中上半部分是外加的電壓信號，
左邊的縱軸標定外加電壓的數值讀取電壓為-0.1伏，寫入電壓為-2伏，擦除電壓為+2 伏。圖的下半部分是測得的電流響應信號，右邊的縱軸標定電流數值。
從圖中可以看出，在-2伏電壓脈沖信號作用下，薄膜器件處于寫入狀態；用讀取信號 (-0.1V)讀該狀態，讀出電流較大，約1(^A。相反，在+2伏電壓脈沖信號作用下，薄 膜器件處于擦除狀態；此時，用讀取信號(-0.1V)作用該狀態，測得的電流響應很小在 10久1(T'GA量級。說明二種狀態的阻值比為106~107倍。在某些情況下，狀態比甚至可以 更高。
在上述實施例中，銀電極、鋁電極和KSCN的厚度在前述范圍內變化，均可獲得相類 似的性能。
權利要求
1、一種高狀態比的無機薄膜電雙穩器件，其特征在于采用銀-無機介質層-鋁結構。其中，二端的金屬層銀和鋁作為電極，中間的無機介質層作為功能介質層，是由硫氰酸鉀和部分銀底電極反應制備獲得的薄膜。
2、 根據權利要求1所述的高狀態比的無機薄膜電雙穩器件，其特征在于所述的無機介 質層厚度為10~200納米。
3、 根據權利要求1所述的高狀態比的無機薄膜電雙穩器件的制作方法，其特征在于具 體步驟如下在真空鍍膜機中，以絕緣基板做基底，采用一掩膜，依次用真空熱蒸發方法 沉積銀膜、硫氰酸鉀薄膜以及鋁膜，薄膜的面積大小和形狀由掩膜控制；其中，銀膜的厚 度為150-300納米，硫氰酸鉀薄膜的厚度為5~50納米，鋁膜的厚度為80~150納米。
全文摘要
本發明屬于微電子器件和功能薄膜材料技術領域，具體涉及一種高狀態比的無機薄膜電雙穩器件及其制作方法。器件為Ag-CN1-Al結構，二端的銀和鋁做電極。其中的CN1為無機介質層，由真空熱蒸發沉積的硫氰酸鉀薄膜與部分銀底電極反應獲得的薄膜。這種夾層結構的薄膜器件具有穩定的可逆電雙穩特性；高電阻態和低電阻態的阻值比通常為10<sup>6</sup>～10<sup>7</sup>倍，甚至可以更高。本發明的電雙穩器件，其結構和制作工藝簡單，在信息存貯、信息處理以及邏輯運算領域有廣泛的應用價值。
文檔編號G11C11/56GK101101963SQ20071004450
公開日2008年1月9日 申請日期2007年8月2日 優先權日2007年8月2日
發明者欣 季, 偉 徐 申請人:復旦大學