[发明专利]一种多功能集成的有机阻变存储装置及其制备方法

说明书

技术领域

    本发明涉及半导体存储，属于有机存储器领域，具体涉及一种多功能集成的有机阻变存储装置及其制备方法。

背景技术

数字通讯技术的迅猛发展导致对各种存储装置的需求也在快速增长。特别对于适合用于包括诸如可移动终端、智能卡、数码相机、游戏存储卡等应用的存储装置，要求其存储密度高，写入、读出速度快。目前普遍应用的非易失性存储器是基于硅材料的闪存。然而常规闪存的技术局限性在于写入/擦除循环次数有限，写入速度相对较慢，且由于某些物理限制及加工难度难以向高密度存储发展。考虑到常规闪存的这些局限性，已经在不断努力开发下一代非易失性存储器，这其中就包括电阻型存储器。电阻型存储器技术是基于电双稳材料可以在电场等信号的作用下在高阻态和低阻态之间进行切换的工作原理。利用该原理做成电器元件时，可以对其施加不同的电压，使其进入到不同的导电状态，并且即使在施加的电压消失后，该器件仍然会保持其先前的导电状态，即具有非易失性。随着微纳加工技术、材料制备技术的发展，非易失性电阻型存储器成为近年的研究热点，由于其存储密度高、响应速度快、制造成本低、可实现三维存储等优点而被认为是最具有发展前景的下一代存储器之一。传统的电阻型存储器是基于上电极-存储介质-下电极竖直分布的结构。存储介质在上下电极偏置电压的作用下可以实现高阻态与低阻态的相互转化，即可以用来表征数字逻辑中的“0”和“1”两种状态，从而实现数据的存储功能。

同传统的无机电子器件相比，有机半导体电子器件具有材料选择范围宽、制作工艺简单、成本低的特点。并且随着微纳加工技术、材料制备技术的发展，如果能够采用有机材料来制备数字存储设备，必然能够降低生产成本，满足目前对于大容量、低价格数字存储器件的需要。特别是随着数字电子产品对各种存储装置需求的日益增长，迫切需要多值存储器，同时需要将具有不同存储效应的存储单元集成在同一存储器，以提高存储器的集成度及提高不同类型存储芯片间的通讯速度。但是，目前任一体系的有机阻变存储单元只表现出单一的存储特性。与此同时，有机阻变装置所选取的有机材料多表现出化学稳定性和热稳定性差等问题。在低阻态下，大电流产生的焦耳热容易使有机层发生分解，从而使器件失效。另外，同一存储芯片上不同存储单元的电阻态转换的稳定性和均一性也存在问题。由于器件有机活性层成分的涨落，不同存储单元表现出不同的写电压、擦除电压，及不同的低阻态、高阻态数值；部分存储单元不具有阻变特性，即良品率低。不同存储单元间的性能差异及良品率不高等问题严重限制了有机阻变存材料在大规模存储器方面的实用化。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多功能集成的有机阻变存储装置及其制备方法。通过在有机活性层中嵌入无机纳米颗粒形成大量的有机/无机界面，该界面有利于金属离子的输运。金属离子可以在所述的活性层内输运被还原成金属丝簇从而形成低阻态；反过来所述的金属丝簇可以被氧化形成高阻态，由此实现存储。通过不同的电激励控制金属丝簇的氧化程度而实现不同的电阻状态，从而实现多值存储。同时该有机活性层包含杂金属离子且该杂金属离子在有机活性层内以络合物的形式均匀稳定存在，所述的以络合物形式存在的金属离子可以在电场的作用下堆积，并被还原成稳定的单质金属而实现导电状态的切换，从而实现写一次读多次的存储性能。由于所述的无机纳米颗粒与金属离子在有机活性层中均匀分散，该有机存储装置中不同存储单元间具有高度的一致性及高重复性，可靠性强、结构简单、制造成本低，用于高度集成的大容量多功能集成存储器领域，具有很高的应用价值。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种多功能集成的有机阻变存储装置，包括绝缘衬底10，设置于绝缘衬底表面的底电极20、顶电极40及位于底电极、顶电极之间的有机活性层30，其特征在于：所述的有机活性层30为基于聚酰亚胺的有机/无机纳米复合薄膜。

所述的基于聚酰亚胺的有机/无机纳米复合薄膜包括聚酰亚胺、均匀分散的无机纳米颗粒及以络合状态存在的金属离子。

所述的聚酰亚胺复合薄膜30的厚度为10-100纳米。

所述的以络合状态存在的金属离子是Cu、Sn、Zn的一种、两种或两种以上。

所述的一种多功能集成的有机阻变存储装置的制备方法包括以下步骤：

（1）在绝缘基板10表面形成底电极20；

（2）在所述的底电极20表面形成聚酰亚胺的有机/无机纳米复合薄膜30；

（3）在所述的聚酰亚胺的有机/无机纳米复合薄膜30表面形成顶电极40。