[发明专利]一种氧化锌纳米线低功耗阻变存储器及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体存储器技术领域，尤其是一种氧化锌纳米线低功耗阻变存储器及其制备方法。

背景技术

阻变存储器（RRAM）因其存储密度高、读写速度快、CMOS工艺兼容性好并能在较薄膜厚下实现存储等诸多优点，得到业界高度关注。阻变存储器（RRAM）通常由简单三明治结构（电极/存储介质/电极）构成，通过施加电信号，改变存储材料的电阻状态，实现双稳态的存储功能（高阻代表“1”，低阻代表“0”）。通常，器件由高阻变为低阻的过程称为SET过程，而低阻回复到高阻的过程称为RESET过程。提高存储器的存储密度是保证可靠性和降低成本的双重要求。实现方案之一就是用自组装的线状存储介质取代传统的薄膜状存储介质，并使线状介质直立于硅片，从而尽可能小地占据硅片面积。然而，基于单根氧化锌纳米线存储器的转变电流和电压通常较大（通常为Ireset=1mA以上、Vset=10V以上），需要驱动存储器的MOS管具有较大宽长比，这将导致MOS占用较大芯片面积，集成度下降。为了保证较高集成度，必须降低纳米线存储器转变电流。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种氧化锌纳米线低功耗阻变存储器，通过元素掺杂可以有效降低氧化锌纳米线存储器SET/RESET电压及电流，功耗也随之大大降低。

本发明采用以下方案实现：一种氧化锌纳米线低功耗阻变存储器，其特征在于，包括：

一氧化硅片衬底；

一下电极，设置于所述氧化硅片衬底上方；

一阻变纳米线，设置于所述下电极上方；

一上电极，设置于所述阻变纳米线上方；

其中，所述阻变纳米线为铜掺杂的氧化锌纳米线。

在本发明一实施例中，所述上电极和下电极材料为导电金属、金属合金、导电金属化合物或半导体。

在本发明一实施例中，所述导电金属为Ta、Cu、Pt、Au、W、Ni或Ag；所述金属合金为Pt/Ti、Ti/Ta、Cu/Ti、Cu/Au、Cu/Al、Ti/W或Al/Zr；所述导电金属化合物为TiN、TiW、TaN或WSi；所述半导体为Si、Ge、ZnO、ITO、GZO、AZO或FTO。

本发明的另一目的是提供一种氧化锌纳米线低功耗阻变存储器的制备方法。

采用以下方案实现：一种氧化锌纳米线低功耗阻变存储器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

S01：以氧化硅片作为衬底；

S02：在氧化硅片上制备下电极；

S03：在下电极上生长铜掺杂的氧化锌纳米线；

S04：在氧化锌纳米线上制备上电极。

在本发明一实施例中，所述的氧化硅片是硅片通过氧化后，表面存在SiO₂层的硅片。

在本发明一实施例中，所述上电极和下电极采用磁控溅射、PECVD、MOCVD或蒸发的方式制备。

在本发明一实施例中，所述生长铜掺杂的氧化锌纳米线的方法为水热法、气相法或扩散法。

在本发明一实施例中，所述生长铜掺杂的氧化锌纳米线的方法为水热法时，其具体步骤为：

S311：配制含有锌元素且浓度为0.001-1M/L的溶液；

S312：将含有铜元素的物质添加进上述含锌溶液中，含铜物质在整体溶液中的浓度是0.0001-1M/L；

S313：将均匀混合两种物质的溶液经充分搅拌后，放入所述步骤S02中制作的基片；

S314：放入60-150度的水浴或油浴锅中，生长纳米线1-600分钟；

S315：直接进行所述步骤S04或者经过退火后再进行所述步骤S04。

在本发明一实施例中，所述生长铜掺杂的氧化锌纳米线的方法为气相法时，其具体步骤为：

S321：将含锌物质与含铜物质按照一预设摩尔比进行充分混合；

S322：将混合物放置在400-1200摄氏度的环境中以便气化，并将所述步骤S02中制作的基片放置在500-950摄氏度的环境中；

S323：通入气体使其将混合物的蒸发成份吹往基片，并生长纳米线1-600分钟；

S324：直接进行所述步骤S04或者经过退火后再进行所述步骤S04。

在本发明一实施例中，所述生长铜掺杂的氧化锌纳米线的方法为扩散法时，其具体步骤为：

S331：用水热法或气相法生长未掺杂的氧化锌纳米线；

S332：在未掺杂的氧化锌纳米线表面制备含铜物质的薄膜或含铜物质的颗粒物；