[发明专利]一种电极修饰层、忆阻器及其制备和控制方法

说明书

本发明公开了一种电极修饰层、忆阻器及其制备和控制方法，包括置下而上的衬底、第一电极、电极修饰层、金属氧化物功能层和第二电极；电极修饰层包括有机物电极层和生长在有机物电极层的上表面的金属纳米颗粒层；金属纳米颗粒层由金属纳米颗粒构成；有机物电极层的材料为包括大量氨基和酚羟基基团的儿茶酚氨基团型有机物；金属纳米颗粒与金属氧化物功能层可以形成电接触，大大增强了金属氧化物功能层中与金属纳米颗粒相对应的位置处的局域电场，减小了金属氧化物功能层中导电细丝的形成和断裂的随机性，实现了对氧空位导电细丝通断的调制效果，使得忆阻器在电激励作用下，阻态的稳定跳变，提高了忆阻器的稳定性和关键电学参数的一致性。

技术领域

本发明属于微电子器件技术领域，更具体地，涉及一种电极修饰层、忆阻器及其制备和控制方法。

背景技术

忆阻器被认为是电阻、电容、电感之外的第四种无源基本电路元件。忆阻器的阻值会随着流经它的电荷量而发生改变，并且能够在断开电流时保持它的阻值状态，从而实现非易失的信息存储功能。经研究忆阻器所具有的非易失信息存储功能，使得其可以应用于高密度信息存储或者是非易失性状态逻辑运算。

目前基于导电细丝理论的忆阻器具有结构简单、功耗低、读写速度快等优势，使其成为最具潜力的存储技术之一。然而，忆阻器仍有许多问题亟待解决。一方面，忆阻器中离子在介质材料中的迁移会形成导电细丝，导电细丝的连通和断裂使器件的电导值发生变化。由于忆阻器的导电细丝的通断具有随机性，因此当下大部分忆阻器都存在操作电压、高低阻态分布离散性的问题，这使得器件间(device to device)和电学循环(cycle tocycle)的一致性都存在问题，这严重限制了忆阻器存储芯片的存储容量，也对忆阻器的大规模集成和外围电路设计带来了很大的挑战。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种电极修饰层、忆阻器及其制备和控制方法，其目的在于解决现有的忆阻器中的导电细丝的通断具有随机性而导致忆阻器参数一致性较差的技术问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种电极修饰层，包括有机物电极层和金属纳米颗粒层；其中，金属纳米颗粒层由金属纳米颗粒构成，金属纳米颗粒生长在有机物电极层的上表面；有机物电极层的材料为包括大量的氨基和酚羟基基团的儿茶酚氨基团型有机物。

进一步优选地，电极修饰层用于忆阻器中，放置于忆阻器的电极和功能层之间，金属纳米颗粒与功能层形成电接触后，氧离子在第一电激励的作用下在功能层中迁移，形成氧空位导电细丝；在方向与第一电激励相反的第二电激励的作用下导电细丝断裂，从而发生阻变。

进一步优选地，有机物电极层的材料为聚多巴胺。

进一步优选地，金属纳米颗粒包括：Ag或Pt。

第二方面，本发明提供了一种忆阻器，包括：置下而上依次放置的衬底、第一电极、本发明第一方面所提供的电极修饰层、金属氧化物功能层和第二电极。

进一步优选地，金属氧化物功能层的厚度为5～10nm，其材料包括：Hf、Al、Ti、Ta、Cu、W、Ni、Zn、Zr、Fe、Mn和Nb中的一种或几种。

进一步优选地，第一电极的厚度为20～200nm，其材料为活性金属。

进一步优选地，第二电极厚度为20～200nm，其材料为惰性金属。

第三方面，本发明提供了一种上述忆阻器的控制方法，包括：

通过在忆阻器两端施加或撤销电激励，控制第一电极和第二电极之间氧空位导电丝的通断，从而实现忆阻器高、低阻态之间的稳定切换，具体为：

施加第一电激励，使金属氧化物功能层中的氧离子在金属氧化物功能层中迁移，形成氧空位导电细丝，从而使忆阻器呈现低阻态；