[发明专利]一种超声辅助钎焊制备忆阻器的方法

说明书

本发明公开了一种超声辅助钎焊制备忆阻器的方法，属于半导体纳米材料及存储器技术领域，其步骤包括：(1)采用阳极氧化法在底电极上制备中间介质层；(2)采用超声辅助钎焊在中间介质层上制备顶电极；本发明基于超声辅助钎焊的方式实现了顶电极/TiO₂/Ti的忆阻器器件制备，操作简单，具有忆阻器特有的阻变性能；本发明的方法大幅降低了忆阻器的制备成本，从而推动其在电子领域的发展及应用。

技术领域

本发明涉及半导体纳米材料及存储器技术领域，尤其涉及一种超声辅助钎焊制备忆阻器的方法。

背景技术

随着微电子芯片集成规模不断扩大，传统的基于CMOS的存储工艺逐渐接近其尺寸极限，这阻碍了大型计算机系统的进一步发展。所以，寻找一种可快速存储与读写信息、容量更大、可靠性更高的新型纳米级存储器件的需求日趋迫切。

忆阻器是一种具有电荷记忆功能非线性的无源两端口动态器件，它的电阻值依赖于历史输入电流或电压。其具有纳米级的尺寸，集成密度高，与CMOS工艺兼容等优势，因此忆阻器有望在未来带来信息处理领域的技术革新。

传统的忆阻器为三明治结构，包括自下而上依次设置的底电极、介质层和顶电极。氧化钛纳米管因其具有高度有序的结构、表面积较大、电导率较高、制备工艺简单等优点，是研究忆阻器最早的材料之一。

但是，目前的氧化钛纳米管忆阻器顶电极通常采用磁控溅射、真空电子束蒸发等物理气相沉积(PVD)的方法制备，在制备的过程中必须处于真空环境中，且对真空度的要求高,设备投入成本高,生产效率低，且对试样的尺寸有限制。物理气相沉积法中涉及到气体高压放电过程，其过程复杂且成膜效率低下，且膜层最大厚度在15μm以下，生产成本昂贵，不利于工业化生产。

发明内容

本发明的目的，就在于提供一种超声辅助钎焊制备忆阻器的方法，以解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是这样的：一种超声辅助钎焊制备忆阻器的方法，所述忆阻器包括底电极、中间介质层和顶电极，包括下述步骤：

(1)采用阳极氧化法在所述底电极上制备所述中间介质层；

(2)采用超声辅助钎焊在所述中间介质层上制备所述顶电极。

本发明采用超声辅助钎焊法制备顶电极，与传统的采用物理气相沉积(PVD)法进行顶电极制备相比，本方法无需复杂的设备，所有工艺过程均在大气中进行，无需在真空中进行，同时采用超声辅助钎焊的方法制备的顶电极的厚度不受限制，只与添加的钎料量有关，可以按照自己的设计调整顶电极的厚度，工艺简单，成本大幅度降低，适合大规模生产。

需要说明的是，目前采用常规的PVD法制备制备的忆阻器的结构是Al/TiO2/Ti结构，采用本申请的焊接的方法，得到的结构是Al/Sn/TiO2/Ti，超声辅助是本发明的关键技术点之一，本发明的这种结构只能采用超声的方法才能制备出来，其他方法无法制备。

作为优选的技术方案，所述底电极为钛片，优选纯度为质量含量99.99％的钛片，厚度0.1-5mm，所述中间介质层为氧化钛纳米管，厚度为0.01-60μm，所述顶电极为活性金属，厚度为0.01-5mm。

作为进一步优选的技术方案，所述活性金属选自Ag、Cu、Al、Au、Pt、Pb及其合金中的一种。

作为优选的技术方案，步骤(1)中，在阳极氧化前对底电极进行打磨抛光。目的是去除钛片表面自然氧化的一层TiO₂薄膜和降低表面粗糙度。

打磨抛光的具体方法可以是：先将钛片依次用金刚砂纸进行打磨处理，在酒精中超声清洗5-20min，进一步优选可为15min；然后将试样进行机械抛光，并放入抛光液(HF:HNO₃:H₂O＝1:4:5)中抛光80-150s，进一步优选的可为120s。取出钛片分别用酒精、去离子水清洗后吹干备用。