本發明屬于阻變存儲器材料技術領域，具體涉及一種基于磷化銦阻變材料的阻變存儲器及其制備方法。
背景技術：
非易失性存儲器是指在斷電時所存儲的數據也不會消失的一類存儲器，隨著科學技術的不斷發展，人們將目光聚焦到一些具有特殊性能的材料，不斷突破傳統非易失存儲器的儲存極限、速度極限、密度極限和功耗極限。
阻變存儲器RRAM是利用某些薄膜材料在外加電場的作用下表現出的兩個或者兩個以上的不同電阻態來實現數據存儲，阻變存儲器具有擦寫速度快、存儲謎底高、重復擦寫次數高、具有多值存儲和三維存儲潛力等優點。目前運用到阻變存儲器的材料包括以下幾類：多元金屬氧化物(SrZrO3、SrTiO3等)、固態電解質(GeSe、AgS2、ZnCdS等)、二元金屬氧化物(ZnO、TiO2、NiO等)、有機物(TCNQ、PCBM等)和其他材料(非晶硅、氮化物和氧化石墨烯等)。
磷化銦晶體是一種閃鋅礦結構Ⅲ-Ⅴ族化合物半導體，是光電器件和微電子器件不可或缺的重要半導體材料。磷化銦晶體為直接帶隙半導體，具有熱導率高、飽和電場漂移速度高、抗輻射阻抗好等優點，在微波及毫米波器件、異質結高電子遷移率晶體管、異質結雙極晶體管、激光器、發光二極管、探測器、抗輻射太陽能電池和光電集成電路等領域有較為廣泛的應用，但是目前基于磷化銦的阻變存儲器方面的研究并不多見。
技術實現要素：
本發明要解決的技術問題是提供一種基于磷化銦阻變材料的阻變存儲器及其制備方法，該阻變存儲器包括鉑底電極、摻雜S和Fe的磷化銦阻變材料和銀頂電極，還對磷化銦單晶片及其利用脈沖激光技術沉積磷化銦薄膜的制備方法進行限制，保證了阻變存儲器中磷化銦阻變材料的一致性和穩定性，使阻變存儲器具有存儲窗口寬，數據保持時間長，耐久性高的特點。
為解決上述技術問題，本發明的技術方案是：
一種基于磷化銦阻變材料的阻變存儲器，所述基于磷化銦阻變材料的阻變存儲器包括底電極、阻變材料和頂電極，所述底電極為鉑電極層，阻變材料為磷化銦阻變材料，頂電極為銀電極層，所述磷化銦由磷化銦單晶片經脈沖激光技術得到磷化銦薄膜，所述磷化銦單晶片中摻雜S和Fe。
本發明還提供一種基于磷化銦阻變材料的阻變存儲器的制備方法，包括以下步驟：
(1)以表面沉積鉑金屬的絕緣無機材料作為基片，采用脈沖激光技術，在基片表面沉積磷化銦薄膜，形成磷化銦阻變材料；
(2)在步驟(1)制備的磷化銦阻變材料的表面覆蓋硬掩膜版，采用磁控濺射技術，沉積銀電極層，去除掩膜版，得到基于磷化銦阻變材料的阻變存儲器。
作為上述技術方案的優選，所述步驟(1)中，沉積磷化銦薄膜的制備方法為：
(a).將單晶磷化銦片作為靶材裝入耐沖激光設備腔體內；
(b).將表面沉積有電極的絕緣無機材料基片裝入脈沖激光設備腔體內；
(c).將脈沖激光設備腔體內抽真空，真空度為5×10-8Pa；
(d).將絕緣無機材料基片加熱至350-450℃；
(e).利用脈沖激光沉積的方法在基片上沉積厚度為10-500nm的磷化銦層；
(f).在真空條件下進行快速熱退火處理，最后得到磷化銦薄膜。
作為上述技術方案的優選，所述沉積磷化銦薄膜的制備方法中步驟(b)中電極為鉑電極。
作為上述技術方案的優選，所述沉積磷化銦薄膜的制備方法中步驟(e)中脈沖激光沉積的工藝參數為：靶材與基片的間距為6-8cm，激光的工作頻率為1-5Hz，能力密度為1-3J/cm2。
作為上述技術方案的優選，所述沉積磷化銦薄膜的制備方法中步驟(f)中快速熱退火的工藝參數為：退火溫度為600-800℃，退火時間為5-120s。
作為上述技術方案的優選，所述步驟(2)中，硬掩膜版的厚度為100nm。
作為上述技術方案的優選，所述單晶磷化銦片中摻雜S和Fe。
作為上述技術方案的優選，所述單晶磷化銦片的制備方法為：以高純銦和高純紅磷作為主要原料，以硫化銦和磷化鐵作為摻雜劑，以氧化硼作為液封劑，采用磷注入快速合成技術得到富磷磷化銦熔體，再引入籽晶進行晶體生長，在氬氣氛圍下，以10-15mm/h的速度拉晶得到直徑為50-75mm的單晶磷化銦片。
作為上述技術方案的優選，所述高純銦的純度為6N，所述高純紅磷的純度為6N，所述氧化硼的含水量在500-2000ppm。
與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：
(1)本發明制備的基于磷化銦阻變材料的阻變存儲器中含有磷化銦阻變材料，選用的磷化銦單體為摻雜S和Fe的磷化銦單體片，摻雜S和Fe的磷化銦單體片的均勻性好，光學性能穩定，還可以抗電磁干擾，將磷化銦單晶片使用脈沖激光沉積技術沉積形成磷化銦薄膜，可以將磷化銦單晶片中的化學計量比保持至磷化銦薄膜中，而且通過真空快速熱退火處理可以改善薄膜的缺陷狀態，提高磷化銦薄膜的轉變一致性，保證磷化銦薄膜作為阻變功能層的穩定性，制備的阻變存儲器具有存儲窗口寬，數據保持時間長，耐久性高和抗電磁干擾的特點。
(2)本發明制備方法簡單，可操控性強，拓寬了磷化銦的應用領域，擴大了阻抗存儲器的可選范圍。
具體實施方式
下面將結合具體實施例來詳細說明本發明，在此本發明的示意性實施例以及說明用來解釋本發明，但并不作為對本發明的限定。
實施例1：
(1)在高壓單晶爐中，以純度為6N的高純銦和純度為6N的高純紅磷作為主要原料，以硫化銦和磷化鐵作為摻雜劑，以含水量在500-2000ppm的氧化硼作為液封劑，采用磷注入快速合成技術得到富磷磷化銦熔體，再引入籽晶進行晶體生長，在氬氣氛圍下，以10mm/h的速度拉晶得到直徑為75mm的摻雜S和Fe的單晶磷化銦片。
(2)以表面沉積鉑金屬的絕緣無機材料作為基片，將單晶磷化銦片作為靶材裝入耐沖激光設備腔體內，將表面沉積有電極的絕緣無機材料基片裝入脈沖激光設備腔體內，將脈沖激光設備腔體內抽真空，真空度為5×10-8Pa，將表面沉積鉑金屬的絕緣無機材料基片加熱至350℃，利用脈沖激光沉積的方法在基片上沉積厚度為10nm的磷化銦層，在真空條件下進行快速熱退火處理，最后得到磷化銦薄膜在基片表面沉積磷化銦薄膜，形成磷化銦阻變材料，其中脈沖激光沉積的工藝參數為：使用波長為248nm的KrF準分子激光器作為激光源，靶材與基片的間距為6cm，激光的工作頻率為1Hz，能力密度為1J/cm2，單脈沖能量240mJ，沉積時間為20min，快速熱退火的工藝參數為：退火溫度為600℃，退火時間為5s。
(3)在磷化銦阻變材料的表面覆蓋厚度為100nm的硬掩膜版，采用磁控濺射技術，沉積銀電極層，去除掩膜版，得到基于磷化銦阻變材料的阻變存儲器。
實施例2：
(1)在高壓單晶爐中，以純度為6N的高純銦和純度為6N的高純紅磷作為主要原料，以硫化銦和磷化鐵作為摻雜劑，以含水量在500-2000ppm的氧化硼作為液封劑，采用磷注入快速合成技術得到富磷磷化銦熔體，再引入籽晶進行晶體生長，在氬氣氛圍下，以15mm/h的速度拉晶得到直徑為50mm的摻雜S和Fe的單晶磷化銦片。
(2)以表面沉積鉑金屬的絕緣無機材料作為基片，將單晶磷化銦片作為靶材裝入耐沖激光設備腔體內，將表面沉積有電極的絕緣無機材料基片裝入脈沖激光設備腔體內，將脈沖激光設備腔體內抽真空，真空度為5×10-8Pa，將表面沉積鉑金屬的絕緣無機材料基片加熱至450℃，利用脈沖激光沉積的方法在基片上沉積厚度為500nm的磷化銦層，在真空條件下進行快速熱退火處理，最后得到磷化銦薄膜在基片表面沉積磷化銦薄膜，形成磷化銦阻變材料，其中脈沖激光沉積的工藝參數為：使用波長為248nm的KrF準分子激光器作為激光源，靶材與基片的間距為8cm，激光的工作頻率為5Hz，能力密度為3J/cm2，單脈沖能量240mJ，沉積時間為20min，快速熱退火的工藝參數為：退火溫度為800℃，退火時間為120s。
(3)在磷化銦阻變材料的表面覆蓋厚度為100nm的硬掩膜版，采用磁控濺射技術，沉積銀電極層，去除掩膜版，得到基于磷化銦阻變材料的阻變存儲器。
實施例3：
(1)在高壓單晶爐中，以純度為6N的高純銦和純度為6N的高純紅磷作為主要原料，以硫化銦和磷化鐵作為摻雜劑，以含水量在500-2000ppm的氧化硼作為液封劑，采用磷注入快速合成技術得到富磷磷化銦熔體，再引入籽晶進行晶體生長，在氬氣氛圍下，以12mm/h的速度拉晶得到直徑為58.6mm的摻雜S和Fe的單晶磷化銦片。
(2)以表面沉積鉑金屬的絕緣無機材料作為基片，將單晶磷化銦片作為靶材裝入耐沖激光設備腔體內，將表面沉積有電極的絕緣無機材料基片裝入脈沖激光設備腔體內，將脈沖激光設備腔體內抽真空，真空度為5×10-8Pa，將表面沉積鉑金屬的絕緣無機材料基片加熱至400℃，利用脈沖激光沉積的方法在基片上沉積厚度為80nm的磷化銦層，在真空條件下進行快速熱退火處理，最后得到磷化銦薄膜在基片表面沉積磷化銦薄膜，形成磷化銦阻變材料，其中脈沖激光沉積的工藝參數為：使用波長為248nm的KrF準分子激光器作為激光源，靶材與基片的間距為7cm，激光的工作頻率為5Hz，能力密度為1.8J/cm2，單脈沖能量240mJ，沉積時間為20min，快速熱退火的工藝參數為：退火溫度為600℃，退火時間為60s。
(3)在磷化銦阻變材料的表面覆蓋厚度為100nm的硬掩膜版，采用磁控濺射技術，沉積銀電極層，去除掩膜版，得到基于磷化銦阻變材料的阻變存儲器。
實施例4：
(1)在高壓單晶爐中，以純度為6N的高純銦和純度為6N的高純紅磷作為主要原料，以硫化銦和磷化鐵作為摻雜劑，以含水量在500-2000ppm的氧化硼作為液封劑，采用磷注入快速合成技術得到富磷磷化銦熔體，再引入籽晶進行晶體生長，在氬氣氛圍下，以13mm/h的速度拉晶得到直徑為61.2mm的摻雜S和Fe的單晶磷化銦片。
(2)以表面沉積鉑金屬的絕緣無機材料作為基片，將單晶磷化銦片作為靶材裝入耐沖激光設備腔體內，將表面沉積有電極的絕緣無機材料基片裝入脈沖激光設備腔體內，將脈沖激光設備腔體內抽真空，真空度為5×10-8Pa，將表面沉積鉑金屬的絕緣無機材料基片加熱至380℃，利用脈沖激光沉積的方法在基片上沉積厚度為100nm的磷化銦層，在真空條件下進行快速熱退火處理，最后得到磷化銦薄膜在基片表面沉積磷化銦薄膜，形成磷化銦阻變材料，其中脈沖激光沉積的工藝參數為：使用波長為248nm的KrF準分子激光器作為激光源，靶材與基片的間距為6.5cm，激光的工作頻率為3.5Hz，能力密度為2J/cm2，單脈沖能量240mJ，沉積時間為20min，快速熱退火的工藝參數為：退火溫度為700℃，退火時間為60s。
(3)在磷化銦阻變材料的表面覆蓋厚度為100nm的硬掩膜版，采用磁控濺射技術，沉積銀電極層，去除掩膜版，得到基于磷化銦阻變材料的阻變存儲器。
實施例5：
(1)在高壓單晶爐中，以純度為6N的高純銦和純度為6N的高純紅磷作為主要原料，以硫化銦和磷化鐵作為摻雜劑，以含水量在500-2000ppm的氧化硼作為液封劑，采用磷注入快速合成技術得到富磷磷化銦熔體，再引入籽晶進行晶體生長，在氬氣氛圍下，以11mm/h的速度拉晶得到直徑為68.4mm的摻雜S和Fe的單晶磷化銦片。
(2)以表面沉積鉑金屬的絕緣無機材料作為基片，將單晶磷化銦片作為靶材裝入耐沖激光設備腔體內，將表面沉積有電極的絕緣無機材料基片裝入脈沖激光設備腔體內，將脈沖激光設備腔體內抽真空，真空度為5×10-8Pa，將表面沉積鉑金屬的絕緣無機材料基片加熱至420℃，利用脈沖激光沉積的方法在基片上沉積厚度為150nm的磷化銦層，在真空條件下進行快速熱退火處理，最后得到磷化銦薄膜在基片表面沉積磷化銦薄膜，形成磷化銦阻變材料，其中脈沖激光沉積的工藝參數為：使用波長為248nm的KrF準分子激光器作為激光源，靶材與基片的間距為7.5cm，激光的工作頻率為2.5Hz，能力密度為2J/cm2，單脈沖能量240mJ，沉積時間為20min，快速熱退火的工藝參數為：退火溫度為650℃，退火時間為90s。
(3)在磷化銦阻變材料的表面覆蓋厚度為100nm的硬掩膜版，采用磁控濺射技術，沉積銀電極層，去除掩膜版，得到基于磷化銦阻變材料的阻變存儲器。
實施例6：
(1)在高壓單晶爐中，以純度為6N的高純銦和純度為6N的高純紅磷作為主要原料，以硫化銦和磷化鐵作為摻雜劑，以含水量在500-2000ppm的氧化硼作為液封劑，采用磷注入快速合成技術得到富磷磷化銦熔體，再引入籽晶進行晶體生長，在氬氣氛圍下，以14mm/h的速度拉晶得到直徑為53.7mm的摻雜S和Fe的單晶磷化銦片。
(2)以表面沉積鉑金屬的絕緣無機材料作為基片，將單晶磷化銦片作為靶材裝入耐沖激光設備腔體內，將表面沉積有電極的絕緣無機材料基片裝入脈沖激光設備腔體內，將脈沖激光設備腔體內抽真空，真空度為5×10-8Pa，將表面沉積鉑金屬的絕緣無機材料基片加熱至420℃，利用脈沖激光沉積的方法在基片上沉積厚度為350nm的磷化銦層，在真空條件下進行快速熱退火處理，最后得到磷化銦薄膜在基片表面沉積磷化銦薄膜，形成磷化銦阻變材料，其中脈沖激光沉積的工藝參數為：使用波長為248nm的KrF準分子激光器作為激光源，靶材與基片的間距為7cm，激光的工作頻率為4Hz，能力密度為2.5J/cm2，單脈沖能量240mJ，沉積時間為20min，快速熱退火的工藝參數為：退火溫度為600℃，退火時間為120s。
(3)在磷化銦阻變材料的表面覆蓋厚度為100nm的硬掩膜版，采用磁控濺射技術，沉積銀電極層，去除掩膜版，得到基于磷化銦阻變材料的阻變存儲器。
經檢測，實施例1-6制備的基于磷化銦阻變材料的阻變存儲器的開關比、工作電壓、工作電流和長期數據穩定性的結果如下所示：
由上表可見，本發明制備的基于磷化銦阻變材料的阻變存儲器的數據開關比高，工作電壓和工作電流低，保持時間長，耐久性高和抗電磁干擾。
上述實施例僅例示性說明本發明的原理及其功效，而非用于限制本發明。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發明的權利要求所涵蓋。