[发明专利]一种基于量子点调控导电细丝定位的忆阻器及其制备方法

说明书

本发明属于微电子器件技术领域，公开了一种基于量子点调控导电细丝定位的忆阻器及其制备方法，该忆阻器自下而上包括基底、下电极层、功能层、量子点层和上电极层，其中，功能层采用的材料为HfO_x，其中1.0x1.8；量子点层具有针尖状结构，这些针尖状结构呈分散的岛状分布在所述功能层的表面；上电极层用于全部覆盖或部分覆盖量子点层。本发明通过对忆阻器的结构进行改进，在HfO_x功能层表面设置岛状分布的类针尖状的量子点尖峰，以引导忆阻器导电细丝的形成和断裂，实现导电通路的定位，提高忆阻器件的一致性，对高性能忆阻器的制备提供重要的理论指导和技术支撑。

技术领域

本发明属于微电子器件技术领域，更具体地，涉及一种基于量子点调控导电细丝定位的忆阻器及其制备方法，该忆阻器能够利用量子点调控、实现导电细丝定位。

背景技术

计算密集型和数据密集型产业的兴起对计算性能和存储密度提出更高要求，而传统的冯诺依曼计算架构、DRAM及Flash存储的延续随着尺寸的缩减，费效比越来越低。忆阻器因其优异的窗口、极快的开关时间、理论最高的集成度以及与CMOS电路兼容的优点，被认为是下一代新型存储器的有力候选者之一，并且忆阻器阻态的连续可调性、动态的非线性切换也可以被用作开发新型的计算机逻辑体系结构。但任何成功商业化的原型器件都离不开对其基础机制的清楚阐释和对器件性能的稳定控制，对于忆阻器来说，阻碍其商业化进展的最重要因素是其机理的复杂性和性能的不稳定。忆阻器的阻变机理按目前研究，主要分为导电丝型机理、热化学机制和纯电子效应，其中导电细丝机制是适用范围最广、认可最为广泛的机制，通常认为金属原子或材料内部空位在电场作用下迁移组成导电细丝，而导电细丝的生成和断裂导致器件的阻态切换。导电细丝的断裂和生成位置随电场分布而变化，因此造成每次通断位置不固定，导电丝形貌也会随着循环的进行而发生变化，器件性能发生恶化。

很多文献采用增加附加层、局域电场增强和引入缺陷等方法，对导电细丝进行定位，如Wei D.Lu等人(详见J.Lee,C.Du,K.Sun,E.Kioupakis and W.D.Lu,Tuning IonicTransport in Memristive Devices by Graphene with Engineered Nanopores,AcsNano.2016,10(3):3571-3579)在忆阻器层中加入带纳米孔的石墨烯层，将导电细丝定位在通孔处；Jong Hyuk Park等人(详见Shin K Y,Kim Y,Antolinez F V,et al.Controllableformation of nanofilaments in resistive memories via tip-enhanced electricfields[J].Advanced Electronic Materials,2016,2(10):1600233.)制备Ag电极增加局域电场，定位导电细丝；Jeehwan Kim等人(详见Choi S,Tan S H,Li Z,et al.SiGeepitaxial memory for neuromorphic computing with reproducible highperformance based on engineered dislocations[J].Nature materials,2018,17(4):335-340.)利用SiGe的单晶位错定位导电细丝；但以上方法工艺都比较复杂，需要精密控制，制备流程冗长，难以支持高性能忆阻器的大规模集成。