[发明专利]一种纳米线阻变存储器及其实现方法

说明书

技术领域

本发明属于非挥发性存储器技术领域，具体涉及一种半导体存储器及其实现方法，特别涉及一种纳米线阻变存储器及其实现方法。

背景技术

随着电子产品的不断发展，非挥发性存储器在半导体行业中扮演着越来越重要的角色，其最大的优点是所存储的数据在没有外部电源的情况下仍能保持很久。目前市场上的非挥发性存储器主要以闪存为主。近年来，如铁电存储器(FeRAM)、相变存储器(PRAM)及阻变存储器(RRAM)都得到了广泛的研究。在这些存储器当中，阻变存储器因为其具有制备简单、存储密度高、操作电压低、读写速度快、保持时间长、非破坏性读取、低功耗、与传统CMOS工艺兼容性好等优势而得到了很大的重视。传统的阻变存储器是采用TiO₂、ZrO、Cu₂O和SrTiO₃等二元或三元金属氧化物作为阻变材料来存储信息的。阻变材料在外加电压作用下可以具有高阻态和低阻态两种不用的状态，其可以分别用来表征“0”和“1”两种状态。在不同外加电压的作用下，阻变材料的电阻值可以在高阻态和低阻态之间实现可逆转换，以此来实现信息存储的功能。

纳米线是很好的信息存储介质，可通过改变其直径及其他可控性能来获得优越的存储效果。与以晶体管为基础的存储器一样，以纳米线为基础的存储器也是以二进制为发展方向。而以纳米线为基础的存储器存储密度更大，用更少的纳米线就可获得惊人的存储能力，这将使需要具有存储能力的电子器件，也几乎是所有电子器件，变得更加紧凑。另外，更少的纳米线也意味着制造工艺会更加简单。目前，传统的纳米线阻变存储器的基本结构如图1所示，它是将整根纳米线沟道102形成在衬底101之上作为阻变层102，然后在阻变层102之上形成金属电极103a和103b，所示箭头为示意给出的导电细丝。

受光刻技术的限制，传统的纳米线阻变存储器的阻变层的厚度达数百纳米，从而使得操作电压很高。目前利用半导体纳米线实现的阻变存储器的操作电压都在几十伏，极大限制了其在未来有可能取代硅工艺的纳米线集成电路中的应用。

发明内容

本发明的目的在于提出一种操作电压低的新型的纳米线阻变存储器及其实现方法。该阻变存储器可以改善传统纳米线阻变存储器操作电压高的缺点，从而可以在未来的纳米线集成电路中得到广泛的应用。

本发明的纳米线阻变存储器，是一种使用金属-金属氧化物核壳结构的纳米线来实现的阻变存储器，包括：

位于衬底之上的纳米线；

以及，位于所述所述纳米线之上的金属电极。

进一步地，所述纳米线的核为金属，可以为Au、Pt、Pd、Ni、Co或者其它金属，作为阻变存储器的传导层；所述纳米线的壳为金属氧化物半导体或绝缘体，可以为Ga₂O₃、SnO₂或者其它金属氧化物半导体或绝缘体，作为阻变存储器的阻变层。所述金属电极采用Pt、Al、Au、Pd、Ni或者其它金属材料。

本发明所提出的纳米线阻变存储器具有结构简单、操作电压低等优点，并且可以应用于未来的纳米线集成电路，或者其它种类的柔性集成电路里的存储器部分。

本发明还提出了上述纳米线阻变存储器的实现方法，包括下列步骤：

提供一绝缘体衬底；

在所述绝缘衬底上形成金属纳米颗粒；

利用气态-液态-固态法(VLS)在所述绝缘体衬底上合成金属-金属氧化物核壳结构的纳米线；

将所形成的纳米线旋涂于提供的半导体衬底之上；

在所述纳米线之上形成金属电极。

进一步地，所述绝缘衬底为SiO₂、Si₃N₄或者其它材料的绝缘体。所述金属纳米颗粒为Au、Pt、Pd、Ni、Co或者其它金属的纳米颗粒。所述金属氧化物为Ga₂O₃、SnO₂或者其它金属氧化物半导体或绝缘体。所述半导体衬底为单晶硅、多晶硅或者绝缘体上的硅(SOI)。所述金属电极采用Pt、Al、Au、Pd、Ni或者其它金属材料。

本发明所公开的纳米线阻变存储器具有结构简单、操作电压低等优点，并且可以应用于未来的纳米线集成电路，或者其它种类的柔性集成电路里的存储器部分。

附图说明

图1为现有技术的一种纳米线阻变存储器单元的截面图。

图2为生长的一种金属-金属氧化物核壳结构的纳米线的截面图。

图3本发明提供的一种纳米线阻变存储器的实施例的截面图。