一種電化學沉積制備薄膜構建的憶阻器及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種憶阻器，具體涉及一種電化學沉積制備薄膜構建的憶阻器及其制備方法。
【背景技術】
[0002]憶阻器，是由華裔教授蔡少堂在1971年提出概念，并由HP實驗室于2008年首次在實驗上證實存在的一種無源器件。傳統的三種無源器件:電阻、電容、電感，都可以由電流、電壓、磁通量、電荷量四個物理量兩兩組合得出。蔡少堂教授就是根據其中磁通量和電荷量的關系，推斷應該還有一種無源器件，并將其命名為憶阻器，它能反映器件電阻隨流經其中電荷量的變化而變化，這種特性使其在應用于非易失性存儲器方面具有很大潛力。隨著信息技術和半導體工藝的發展，光刻技術越來越接近量子級別，依據存儲電子的非易失性閃存，由于在狹窄的通道內保留電子的難度加大，逐漸接近其物理極限，摩爾定律越來越受到質疑。尋找一種新的非易失性存儲器，成為了科學界和工業界新的熱點。阻變存儲器，作為憶阻器的一種應用，因其高集成密度、低功耗、快寫入讀取速度越來越受到關注。
[0003]阻變存儲器是一種兩端器件，阻變材料層置于底、頂電極之間構成金屬(M)-絕緣層(I)-金屬(M)的三明治結構。這種結構可以最大限度控制每個單元的尺寸，提高集成密度。中間的絕緣層(阻變材料層)可以在電場的刺激下，在高阻態和低阻態之間切換。其易失特性表現在，阻變層的阻態不會隨撤除電壓或者施加小于閾值的電壓而改變。一般來說，電阻狀態切換的現象是通過金屬陽離子(如銀)和氧離子的迀移實現的，其中氧化物阻變層的電阻切換，一般是由氧離子的迀移而導致導電細絲的形成和斷裂引起的。構建氧化物阻變層薄膜一般通過磁控濺射而成，但是這種制備方法成膜速度慢，設備成本高。
[0004]電化學沉積是溶液中的帶點粒子在電場作用下到達基片表面沉積的過程。電化學沉積制備薄膜相比于其他制膜工藝具有以下優勢:(I)成膜速度快，依據沉積液濃度，沉積參數不同，一般半小時可以達到微米級別；(2)原料成本低廉，只需要沉積材料對應的水溶液；(3)設備簡單，只需要簡單的三電極恒電壓(或恒電流)系統設備即可。作為一種快速高效，成本低廉的制備方法，電化學沉積在憶阻器的制備上有廣泛的應用前景。
【發明內容】
[0005]本發明提供了一種制備工藝步驟簡單、制作成本低、可重復性強的憶阻器阻變層的制備方法。該方法具體步驟如下:
一種電化學沉積制備薄膜構建的憶阻器，所述憶阻器包括襯底層、底電極層、阻變層及頂電極，所述襯底層、底電極層及阻變層依次設置，所述頂電極設置在阻變層相反于底電極層的一側。
[0006]進一步地，所述阻變層為電化學沉積制成的氧化鋅薄膜，所述阻變層厚度為300nmo
[0007]進一步地，所述底電極層材料為摻鋁氧化鋅導電玻璃或摻鋁氧化鋅導電硅。
[0008]進一步地，所述頂電極材料可以是金、鉑、銅中的一種。
[0009]進一步地，所述襯底層為玻璃、絕緣硅中的一種。
[0010]一種電化學沉積制備薄膜構建的憶阻器的制備方法，用于制備上述的憶阻器，所述制備的方法包括以下步驟:
以具有良好導電性能的薄膜作為基底；電化學沉積所用沉積液由反應液和緩沖液兩種溶液組成，通過在恒定濃度的反應液中加入不同量的緩沖液以此調節兩者配比；通過三電極法在恒定電壓下，沉積出氧化物阻變層薄膜，該方法具體步驟如下:
(1)先分別配制反應液和緩沖液；
(2)混合反應液和緩沖液，構成沉積液；
(3)在沉積液中，通過三電極法，以恒定電壓，沉積氧化物薄膜。
[0011 ] 進一步地，所述反應液為硝酸鋅溶液，所述緩沖液為硝酸溶液，所述硝酸溶液與所述硝酸鋅溶液的濃度比為200:1。
[0012]進一步地，所述反應液和所述緩沖液體積比在500: I到2000:1之間。
[0013]進一步地，其中反應液的濃度不變，緩沖液的濃度根據加入其中的緩沖液量的變化而變化，其濃度分別為xl，x2，x3。
[0014]進一步地，所述步驟3中，覆蓋有導電薄膜的襯底連接工作電極，以金屬鉑為對電極，以銀/氯化銀為參比電極，沉積電位為0.9 V，沉積溫度為80攝氏度。
[0015]本發明提出了一種憶阻器，該憶阻器制備工藝步驟簡單，可重復性強，設備成本低，滿足大規模量產的需求。該憶阻器結構如下:
1、本發明提供的憶阻器，自下往上依次包括襯底、底電極、阻變層和頂電極。
[0016]2、底電極覆蓋在襯底之上，隨應用需要，載體可以是(但不僅限于)透明玻璃；底電極可以是(但不僅限于)摻鋁氧化鋅導電膜。
[0017]3、阻變層為電化學沉積所制備的氧化物薄膜，如(但不僅限于)氧化鋅薄膜。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明的憶阻器結構示意圖:1_襯底；2_底電極；3_阻變層；4_頂電極。
[0019]圖2為本發明實施例1憶阻器的電流電壓曲線。
[0020]圖3為本發明電沉積制備阻變層時，硝酸鋅(5 mM)與硝酸(O mM，0.5 mM，1.0 mM，1.5 mM)不同配比時，高阻態電阻值、低阻態電阻值與載流子濃度的關系。
【具體實施方式】
[0021]下面結合實例對本發明的技術方案進行詳細說明。顯然，所描述的實例僅僅是示意性的，并不能包含本發明的全部內容。本領域人員在本發明的啟發下進行變化所獲得的所有其他實例，都屬于本發明保護的范圍。
[0022]實施例1:
Cl)分別配置5 mM的硝酸鋅水溶液和I M的硝酸溶液。
[0023](2)取200 ml的硝酸鋅溶液，不加入硝酸溶液。將溶液加熱至80攝氏度并保持恒溫。
[0024](3)將清洗好的摻鋁氧化鋅導電玻璃(1.0 cm * 1.5 cm)連接工作電極，并置于硝酸鋅溶液中。鉑片作為對電極，銀/氯化銀作為參比電極，連入電化學工作站。
[0025](4)在工作電極與對電極之間施加-0.9 V的電壓，并保持1000 S，后取出用去離子水沖洗，烘干。
[0026](5)將沉積有氧化鋅樣品，在掩模下直流濺射金電極，至此完成整個憶阻器的基本結構。
[0027]實施例2:
本實施例與上述實施例的部分內容相同，唯不同之處在于:其他步驟如實施例1，只將步驟(2)改為:取200 ml的硝酸鋅溶液，并加入I μ I硝酸溶液，沉積液中硝酸濃度為0.5mM。將溶液加熱至80攝氏度并保持恒溫。
[0028]實施例3:
本實施例與上述實施例的部分內容相同，唯不同之處在于:其他步驟如實施例1，只將步驟(2)改為:取200 ml的硝酸鋅溶液，并加入I μ I硝酸溶液，沉積液中硝酸濃度為1.0mM。將溶液加熱至80攝氏度并保持恒溫。
[0029]實施例4:
本實施例與上述實施例的部分內容相同，唯不同之處在于:其他步驟如實施例1，只將步驟(2)改為:取200 ml的硝酸鋅溶液，并加入I μ I硝酸溶液，沉積液中硝酸濃度為1.5mM。將溶液加熱至80攝氏度并保持恒溫。
【主權項】
1.一種電化學沉積制備薄膜構建的憶阻器，其特征在于，所述憶阻器包括襯底層、底電極層、阻變層及頂電極，所述襯底層、底電極層及阻變層依次設置，所述頂電極設置在阻變層相反于底電極層的一側。2.根據權利要求1所述的一種電化學沉積制備薄膜構建的憶阻器，其特征在于，所述阻變層為電化學沉積制成的氧化鋅薄膜，所述阻變層厚度為300nm。3.根據權利要求1所述的一種電化學沉積制備薄膜構建的憶阻器，其特征在于，所述底電極層材料為摻鋁氧化鋅導電玻璃或摻鋁氧化鋅導電硅。4.根據權利要求1所述的一種電化學沉積制備薄膜構建的憶阻器，其特征在于，所述頂電極材料可以是金、鉑、銅中的一種。5.根據權利要求1所述的一種電化學沉積制備薄膜構建的憶阻器，其特征在于，所述襯底層為玻璃、絕緣硅中的一種。6.一種電化學沉積制備薄膜構建的憶阻器的制備方法，用于制備上述權利要求1-5之一所述的憶阻器，其特征在于，所述制備的方法包括以下步驟: 以具有良好導電性能的薄膜作為基底；電化學沉積所用沉積液由反應液和緩沖液兩種溶液組成，通過在恒定濃度的反應液中加入不同量的緩沖液以此調節兩者配比；通過三電極法在恒定電壓下，沉積出氧化物阻變層薄膜，該方法具體步驟如下: (1)先分別配制反應液和緩沖液； (2)混合反應液和緩沖液，構成沉積液； (3)在沉積液中，通過三電極法，以恒定電壓，沉積氧化物薄膜。7.根據權利要求6所述的一種電化學沉積制備薄膜構建的憶阻器的制備方法，其特征在于，所述反應液為硝酸鋅溶液，所述緩沖液為硝酸溶液，所述硝酸溶液與所述硝酸鋅溶液的濃度比為200:lo8.根據權利要求6所述的一種電化學沉積制備薄膜構建的憶阻器的制備方法，其特征在于，所述反應液和所述緩沖液體積比在500:1到2000:1之間。9.根據權利要求6所述的一種電化學沉積制備薄膜構建的憶阻器的制備方法，其特征在于，所述步驟3中，覆蓋有導電薄膜的襯底連接工作電極，以金屬鉑為對電極，以銀/氯化銀為參比電極，沉積電位為0.9 V，沉積溫度為80攝氏度。
【專利摘要】本發明涉及一種憶阻器，具體涉及一種電化學沉積制備薄膜構建的憶阻器及其制備方法。一種電化學沉積制備薄膜構建的憶阻器的制備方法，先分別配制反應液和緩沖液；混合反應液和緩沖液，構成沉積液；在沉積液中，通過三電極法，以恒定電壓，沉積氧化物薄膜本發明提供了一種制備工藝步驟簡單、制作成本低、可重復性強的憶阻器阻變層的制備方法。
【IPC分類】H01L21/8247, C25D9/08, H01L27/115
【公開號】CN104979363
【申請號】CN201510345417
【發明人】張躍, 孫一慧, 閆小琴, 鄭鑫, 申衍偉, 劉懌沖
【申請人】北京科技大學
【公開日】2015年10月14日
【申請日】2015年6月19日