[发明专利]一种有机阻变存储器及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于超大规模集成电路技术领域，具体是一种有机阻变存储器及制备方法。

背景技术

在当今信息爆炸的数字化时代中，人们的生产和生活离不开高密度、高速度的存储器。 目前应用最广泛、发展得最成熟的非挥发性存储器为闪存(flash memory)器件。随着微电 子技术节点不断向前推进，基于传统浮栅结构的闪存已经接近其物理极限，严重影响了单元 的存储功能，无法跟随集成电路摩尔定律的脚步发展下去。具有更高存储密度，更快响应速 度，更低操作电压，更简单的制备工艺的新一代阻变存储器(RRAM)应运而生，因其有取代 闪存的潜力，成为国际知名公司和众多科研院所的研究热点。

阻变存储器具有全新的存储概念，不同于传统flash阈值电压改变实现存储。利用一些 无机氧化物或者有机物/聚合物中存在的可控阻变效应，即在不同的电压激励下，阻变存储器 会呈现出两种完全不同的阻抗状态(低阻和高阻，对应“开态”和“关态”)，分别代表数据 “1”和“0”，并且在电压撤去之后，状态依然保持，因此实现了数据的存储。RRAM的优势 在于结构简单、功耗低、速度快、存储密度高、制造工艺简单，极有可能取代传统的非挥发 性存储器而占领半导体存储器市场。

有机阻变存储器可应用于低成本电子器件和柔性电子(Flexible Electronics)器件 领域，除了具有上述RRAM的优势外，相比于无机阻变存储器还具有可饶曲性，制备工艺简单， 成本低廉，材料可设计分子结构以提高性能等优越之处。但是，有机阻变存储器研究刚刚迈 入起步阶段。目前报道的有机RRAM选取的有机材料大多表现出化学稳定性和热稳定性差的问 题。另外器件电阻态转换的稳定性也存在问题，例如：导致阻变材料转换状态的条件(如施 加到有机存储器上的电压脉冲的幅值和时间)都会因不同器件的涨落而产生变化，甚至于对 于同一个器件来说，阻变需要的开启和关闭电压以及产生的高阻和低阻的数值都会一定的区 别。这种较大的离散性将使器件难以精确控制，这已成为阻碍有机阻变存储器走向实用化的 主要难题之一。

发明内容

本发明提出了一种基于钛氧酞菁的稳定的有机阻变存储器。

本发明的技术方案如下：

一种有机阻变存储器，包括衬底，衬底上的底电极，中间有机功能层和顶电极，其特征 在于，所述中间有机功能层为金属掺杂的钛氧酞菁膜。

一种有机阻变存储器的制备方法，其步骤包括

1)在衬底上淀积一层金属作为底电极。

2)将金属粉末与有机钛氧酞菁粉末研磨搅拌，而后利用热蒸发成膜的方法形成金属掺杂 的钛氧酞菁膜；

3)在上述金属掺杂的钛氧酞菁膜上方淀积一层金属，实现顶电极的制备。

所述功能层的厚度在100-200nm。

所述顶电极和底电极均为W，(或Pt，Au)。

所述顶电极和底电极均为W，(或Pt，Au)的厚度为100nm-200nm。

所述掺杂的金属为Al，Hf或Mg中的任一种。

所述掺杂的金属质量百分比在0.1％到1％。

本发明采用的有机阻变薄膜为钛氧酞菁薄膜，采用此有机薄膜材料作为阻变功能层主要 出于以下考虑：

1)实验和理论上已经证实该有机薄膜的电流形成机制为受陷阱控制的SCLC(空间电荷 限制电流)形成机制。该有机薄膜可与比钛活动性强的金属电极发生氧化还原反应，反应结 果是形成了氧空位，此氧空位可作为陷阱态阻碍薄膜材料的SCLC形成机制。利用氧化还原的 反应的正向和逆向进行就可形成稳定的阻变双稳态。

2)该有机薄膜化学性质稳定，具有较好的温度稳定性，既可以经受温度在450℃以内的 高温工艺，又有利用提高有机阻变存储器的可靠性和抗老化性。

3)钛氧酞菁薄膜的制备方法可采用热蒸发的方法，易于实现。钛氧酞菁有机存储器相关 的工艺简单，涉及到的与其相匹配的材料成本低，有利于低成本电子器件应用。