[发明专利]一种内嵌Ti或Al纳米岛阵列的氧化钨基忆阻器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种内嵌Ti或Al纳米岛阵列的氧化钨基忆阻器的制备方法，采用磁控溅射法，以Pt金属为靶材，沉积100nm厚度的Pt为底电极。采用电子束蒸发法沉积5nm厚度的Ti或Al，借助超薄AAO模板制备出了高度有序的Ti或Al纳米岛阵列。Ti纳米岛平均直径为57.7nm，岛之间中心间距平均距离为100.2nm。再用磁控溅射法，以WO_y(y＝2.7～2.9)为靶材，沉积30nm厚度的WO_x(x＝2.2～2.5)制得WO_x/Ti NI/Pt和WO_x/Al NI/Pt器件。本发明提供了一种内嵌Ti或Al纳米岛阵列的氧化钨基忆阻器的制备方法，无Forming(电铸)过程且阻变电压散布性低，相比光刻技术而言，成本更低。

技术领域

本发明涉及存储器制备技术领域，特别是涉及一种内嵌Ti或Al纳米岛阵列的氧化钨基忆阻器及其制备方法。

背景技术

金属-氧化物-金属三明治结构的忆阻器件具有低功耗、易集成等显著优势，在信息存储和神经形态电路仿真等多个领域的应用日渐深入和广泛。忆阻器件的应用要求一是Forming电压低，二是阻变电压低，且阻变电压散布性低。Forming电压低或不需要Forming过程，可极大地扩宽忆阻器件的应用范围，减少外围电路。阻变电压低能够减少器件的功耗，有利于大规模集成和应用。阻变电压散布性低可提高器件的稳定性，避免在应用时发生误读和失效。

自从2008年，HP实验室首次报道了忆阻器的物理实现以后，近十年来忆阻器已经成为存储和计算领域的研究热点。人脑是由多达10¹²个神经元组成的复杂网络系统，突触是各个神经元之间发生联系的关键部位，人们通常采用结合数字与模拟功能的集成电路来模拟突触功能，但仅仅一个突触的功能模拟就需要很多个晶体管和电容组合的CMOS器件，占据了芯片的大量空间，很难提高人工神经网络的密度，与此相比，单个忆阻器件就可以实现突触功能，忆阻器比晶体管占用体积更小、存储量更大、速度更快，为高密度人工神经网络的实现提供了可能。基于特征尺寸为10nm忆阻器阵列的人工神经网络的突触密度可超过40Tb/inch²。在CMOS器件阵列之上进行忆阻器件阵列的1T1R(每个晶体管对应一个忆阻器电极)垂直集成，可以形成神经元输入输出，忆阻器阵列作为记忆与计算单元的完整记忆-学习-训练架构，实现模式识别等类脑计算的核心功能。

尽管忆阻器在突破冯·诺依曼构架、低能耗设计、并行处理等方面具有优势，但是当前商业器件的性能参数仍无法同传统存储器件相抗衡。目前忆阻器的机理有待进一步阐释和系统探讨，研究依旧主要集中在无机材料方面。而且目前的忆阻器一般都需要Forming过程，工作电压高，而且器件性能参数变化范围大，这些因素极大地限制了忆阻器件的应用。

发明内容

本发明基于超薄AAO模板，将Ti或Al纳米岛阵列(Nano-islands，NI)嵌入氧化钨基忆阻器结构中。通过Ti纳米岛阵列或Al纳米岛阵列与氧化钨的氧交互作用产生局部氧空位，结合Ti纳米岛或Al纳米岛的电场集中作用，获得无需Forming过程，阻变电压更低，器件性能变化范围小的器件。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种内嵌Ti或Al纳米岛阵列的氧化钨基忆阻器的制备方法，包括以下步骤：

(1)对硅片进行预处理；

(2)在预处理后的硅片表面生长氧化硅，得到SiO₂/Si；

(3)在SiO₂/Si基础上，以金属Ti为靶材，进行磁控溅射制备Ti/SiO₂/Si，然后在Ti/SiO₂/Si基础上，以金属Pt为靶材，进行磁控溅射制备Pt/Ti/SiO₂/Si；

(4)对Pt/Ti/SiO₂/Si进行预处理；