[发明专利]一种半导体器件及其制备方法

说明书

技术领域

本申请涉及半导体技术领域，更具体地说，涉及一种半导体器件及其制备方法。

背景技术

近年来随着对阻变式存储器(RRAM)器件研究的不断深入，很多钙钛矿结构的阻变材料被发现。钙钛矿材料是指一类陶瓷氧化物材料，其分子通式为ABO₃，这些材料都有着稳定的电阻开关特性。SrTiO₃作为一种经典的钙钛矿结构材料，因为它具有可调谐的高介电常数、较低的介电损耗、良好的热稳定性等优良性能广泛应用于消磁、微波、超导、传感、催化等各个方面。

纯相SrTiO₃是一个初始铁电体或顺电体，它在无压力条件下直到0K时一直保持顺电性，在低温下铁电性不稳定。SrTiO₃从立方相到四方相的铁电无序相转变温度是105K，这意味着SrTiO₃的铁电性在很多情况下都不能获得。之前有很多工作致力于获得SrTiO₃的室温铁电性，例如引入应力、用O₁₈替换O₁₆或者掺杂其他元素。其中，铁电性已经在外延SrTiO₃薄膜中获得，并通过外延失配获得较大的外延应力。此外，掺杂异价离子也有可能为材料提供应力，以促进铁电生成。

另一方面钛酸锶基材料的阻变特性也吸引了广泛的研究。阻变式存储器是一种非易失存储设备，具有良好的保持和抗疲劳特性，读写速度快，并且结构简单，可以与集成工艺兼容，有望成为下一代新型存储器。通过过渡金属掺杂，可以明显改善钙钛矿氧化物的阻变特性，如Cr-SrTiO3，Nb-SrTiO3，V-SrZrO3等均表现出这种特性。通常掺杂元素可以控制薄膜内部的缺陷、甚至引起一定的应力，从而改善器件的某些性能。再者对于多铁材料，尤其是同时具有铁电和铁磁性能的多铁材料，在存储器、传感器以及制动器等领域具有非常大的应用潜力。

如何将多铁材料应用于如阻变式存储器等半导体器件中，并发掘其在不同半导体器件中的独特特性成为相关领域技术人员研究的方向之一。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种半导体器件及其制备方法，以实现将多铁薄膜应用于半导体器件中，并使得该结构的半导体器件具有双极阻变效应的目的。

为实现上述技术目的，本发明实施例提供了如下技术方案：

一种半导体器件，包括：

衬底；

位于所述衬底表面的底电极；

位于所述底电极背离所述衬底一侧表面的多铁薄膜；

位于所述多铁薄膜背离所述底电极一侧表面的顶电极。

可选的，所述多铁薄膜为Sr(Ti_0.1Fe_0.9)O₃薄膜。

可选的，所述底电极为LaNiO ₃或SrRuO₃电极或FTO电极或ITO电极或Pt电极。

可选的，所述顶电极为Au电极或Pt电极或Al电极或W电极或ITO电极。

一种半导体器件的制备方法，包括：

制备多铁溶胶；

在衬底表面制备底电极；

利用所述多铁溶胶在所述底电极背离所述衬底一侧表面制备多铁薄膜；

在所述多铁薄膜背离所述底电极一侧表面制备顶电极。

可选的，当所述多铁薄膜为Sr(Ti_0.1Fe_0.9)O₃薄膜时，所述制备多铁溶胶包括：

将醋酸锶在60℃条件下溶于冰醋酸中，溶解过程保持搅拌直至获得第一前驱体溶液；

将九水合硝酸铁在60℃条件下溶于乙二醇甲醚中，溶解过程保持搅拌直至获得第二前驱体溶液；

将钛酸丁酯在60℃条件下溶于乙酰丙酮中，溶解过程保持搅拌直至获得第三前驱体溶液；

将所述第一前驱体溶液、第二前驱体溶液和第三前驱体溶液混合，并在60℃条件下持续搅拌，直至获得透明均匀的Sr(Ti_0.1Fe_0.9)O₃溶胶；

利用乙二醇甲醚和冰醋酸将所述Sr(Ti_0.1Fe_0.9)O₃溶胶的浓度调节为0.25mol/L，将所述Sr(Ti_0.1Fe_0.9)O₃溶胶的PH值调节为2-3之间，包括端点值。