[发明专利]一种基于BiFeO

说明书

本发明公开一种基于BiFeO₃的阻变存储器及其制备方法，由下电极、阻变层和上电极构成，阻变层为基于空位型掺杂的BiFeO₃薄膜和基于电子型掺杂的BiFeO₃薄膜，空位型掺杂和电子型掺杂的BiFeO₃薄膜采用脉冲沉积法、溶胶‑凝胶法、磁控溅射法、离子束溅射法、化学液相法或外延法中的任意一种制备。本发明将掺杂深入到薄膜内部的缺陷，通过对不同缺陷类型的掺杂作为阻变层应用到阻变器件中。通过空位型掺杂和电子型掺杂的引入，保持单独BiFeO₃层阻变器件的优良性能，大幅度的提高了器件的一致性并降低了其功耗。为阻变器件的高密度、大规模集成提供了新的方向。

技术领域

本发明涉及纳米材料应用领域及微电子技术领域，更加具体地说，具体涉及一种基于BiFeO3薄膜的空位型掺杂和电子型掺杂结构的阻变存储器及其制备方法。

背景技术

随着现代信息技术的快速发展，数据的处理能力不断增强，数据量急剧增长。同时，人们希望可以获得性能优良、价格低廉的存储芯片来存储海量数据。当前主流的非挥发性存储技术以基于电荷存储机制的浮栅型闪存(Flash存储器)为主，随着尺寸的不断缩小，浮栅器件在操作电压、功耗、集成工艺、可靠性、电路设计等方面面临着物理和技术上的瓶颈。近年来，许多铁电存储器(FeRRAM)、磁性存储器(MRAM)、相变存储器(PRAM)和阻变存储器(RRAM)等受到各界的广泛关注。其中，阻变存储器作为下一代非易失性存储器的候选者所表现出来的存储潜力大大超过其他几种非易失型器件，其主要优点有结构简单、擦写速度快、存储密度高、重复擦写次数高、尺寸小、多级存储、低功耗并易于CMOS工艺相兼容等众多优点。

阻变存储器(RRAM)技术是以薄膜材料的电阻可在高阻态和低阻态之间实现可逆转换为基本工作原理的。在上电极与下电极之间设置有阻变层。阻变层的电阻值在外加电压作用下可以具有两种不同的状态，即高阻态和低阻态，其可以分别用来表征“0”和“1”两种不同的状态。在不同外加电压的作用下，电阻转变型存储器在高阻态(HRS)和低阻态(LRS)之间可实现逆转换，以此来实现信息存储功能。而对于高密度的RRAM的应用，低工作电压和低功耗仍是所需的。要得到低功耗，就必须有低电压和低的漏电流。传统的研究钙钛矿材料中BiFeO₃薄膜既表现出了优良的铁电性能又表现出了很好的阻变性能，因此被广泛研究。但目前的研究只是通过浅层次的掺杂，还没有针对其薄膜的缺陷来对症分析，对BiFeO₃薄膜的掺杂所带来的低漏电流和低操作电压的效果没有系统的分析研究以及相关的文献和专利报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于BiFeO₃的阻变存储器及其制备方法，利用基于BiFeO₃薄膜的空位型掺杂降低了器件的漏电流，利用基于BiFeO₃薄膜的电子型掺杂减小了器件的操作电压，提高了器件的一致性并降低了器件的功耗，为阻变器件的高密度，大规模集成提供了新的方向。

本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：

一种基于BiFeO₃的阻变存储器，自下而上由下电极、阻变层和上电极依次叠加设置而成。

而且，下电极厚度为50-200nm、阻变层厚度为50-400nm、上电极厚度为50-200nm。

而且，下电极厚度为100-200nm、阻变层厚度为200-400nm、上电极厚度为100-200nm。

而且，下电极为导电金属、金属合金、导电金属化合物或其他导电材料中的一种。

而且，上电极为导电金属、金属合金、导电金属化合物或其他导电材料中的一种。