[发明专利]一种具有类超晶格材料功能层的忆阻器及其制备方法

说明书

本发明公开一种具有类超晶格材料功能层的忆阻器及其制备方法，属于集成微电子器件技术领域，其包括上电极、功能层和下电极，所述功能层由硫系材料和氧化物材料层叠而成，硫系材料和氧化物材料均为类超晶格材料。其功能层具有多个重复单元，每个单元为一层硫系材料和一层氧化物材料层叠而成，整个功能层中，硫系材料和氧化物材料交替层叠。本发明还提供了以上忆阻器的制备方法。本发明通过对该忆阻器中功能层进行改进，采用基于硫系/氧化物的类超晶格结构，利用硫系材料的晶体特性，金属导电丝沿着晶界生长，降低金属导电丝的随机性，提高忆阻器的电阻一致性。本发明制备方法步骤简单，方便易行。

技术领域

本发明属于集成微电子器件技术领域，更具体地，涉及一种具有类超晶格材料功能层的忆阻器及其制备方法。

背景技术

忆阻器因为其优异的特性，如低功耗、高存储密度和结构简单等成为下一代商业化新型非易失存储器的有力竞争者之一。此外，忆阻器可用于神经突触模拟电路和新型逻辑电路等新型器件中，比传统电路具有更高的效率、更低的功耗，具有广泛的研究应用前景。

目前，基于忆阻器的功能层材料主要以氧化物为主，由于氧化物具有稳定的结构、禁带宽度大、绝缘性好，可以作为良好的电介质材料。氧化物忆阻器阻变机理主要是导电丝通道的连接和断开，其主要分为两种：价态变化机制(VCM:氧空位导电丝)和电化学金属机制(ECM:金属导电丝)。其中，EMC机制是利用了活性金属电极，导电通道由金属导电丝构成，其开关速度快、Set(Reset)电压较小、与CMOS工艺相兼容，吸引了广泛的关注。然而，在ECM机制的忆阻器中，由于金属的扩散系数很高，比如Ag的扩散系数达到10^-13cm^-2s^-1，这使得金属很容易迁移，此外，金属导电丝生长具有很大的随机性，因此阻态、操作电压分布不均匀，器件的一致性比较低。

解决以上难题对推进忆阻器的发展具有重大的意义。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于，提供一种具有类超晶格材料功能层的忆阻器及其制备方法，该结构由于嵌入硫系材料，使得金属导电丝会在硫系材料层中沿着晶界方向生长，从而可以降低导电丝的随机生长，对器件的一致性具有较大提升。

为实现上述目的，本发明提供了一种具有类超晶格材料功能层的忆阻器，其包括上电极、功能层和下电极，所述功能层是由硫系材料和氧化物材料层叠而成的类超晶格材料。

进一步的，其功能层具有多个重复单元，每个单元为一层硫系类材料和一层氧化物材料层叠而成，整个功能层中，硫系材料和氧化物材料交替层叠。

进一步的，硫系类超晶格材料层的厚度为1nm～3nm，氧化物类超晶格材料层的厚度为1nm～5nm。

进一步的，整个功能层具有3～20个重复单元。

进一步的，硫系类超晶格材料为本征材料或者掺杂材料，其为Sb单质或者为Ge、Sb、Te、In、Bi元素组合成的化合物，其掺杂元素选自C、Cu、N、O、Si、Sc、Ti中的一种或者多种。

进一步的，硫系类超晶格材料为GeTe、Sb₂Te₃、Bi₂Te₃、Ge₂Sb₂Te₅或Ge₁Sb₂Te₄。

进一步的，氧化物类超晶格材料为氧化硅或过渡金属氧化物，其为二元金属氧化物材料或者三元金属氧化物材料。