[发明专利]一种多功能忆阻器及其调控方法

说明书

本发明公开了一种多功能忆阻器及其调控方法，其调控方法包括：在底电极上形成原始薄膜，所述原始薄膜为包括含In和Se的化合物薄膜；通过氧等离子体工艺对所述原始薄膜进行处理，将原始薄膜表层氧化为氧化层，形成阻变层，所述阻变层包括氧化层和剩余的原始薄膜；在所述阻变层上制备顶电极，形成忆阻器；其中，在形成阻变层期间，通过调控氧等离子体工艺的处理参数，调控阻变层内导电细丝的形态，改变忆阻器的易失性或非易失性。本申请可以基于一种材料，通过改变器件制备期间的工艺参数，得到不同性能的忆阻器，基于同一种材料实现忆阻器的多功能调控，有利于简化大规模集成电路的工艺与结构。

技术领域

本发明属于半导体领域，更具体地，涉及一种多功能忆阻器及其调控方法。

背景技术

忆阻器，是一种基于“记忆”外加电压或电流历史而动态改变其内部电阻状态的电阻开关。自2008年惠普实验室首次从实验上验证了忆阻器模型的存在后，忆阻器迅速得到了科学界和企业界的关注。忆阻器凭借其简单的结构、高存储密度、与CMOS工艺兼容等优点，成为半导体信息领域的研究热点。

目前报道的阻变式忆阻器依据阻变特性来分类主要有两类：非易失性和易失性。对于非易失性忆阻器，可用于信息存储和模拟长时突触可塑性等。对于易失性忆阻器，可用于模拟神经元的工作过程，短时突触可塑性，适用于大规模的选择器阵列。然而，目前制备非易失性忆阻器和易失性忆阻器时，需选择完全不同的阻变层材料制备，即目前报道的忆阻器多为单一功能器件，多功能的实现需要同其它材料或者器件进行结合，这会导致在大规模集成中面临着较为复杂的工艺。因此，如何基于同种材料、简单的结构实现非易失性和易失性的功能仍是目前研究的一个难点。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种多功能忆阻器及其调控方法，其目的在于解决忆阻器功能单一且难以调控的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种多功能忆阻器的调控方法，其包括：

在底电极上形成原始薄膜，所述原始薄膜为包括含In和Se的化合物薄膜；

通过氧等离子体工艺对所述原始薄膜进行处理，将原始薄膜表层氧化为氧化层，形成阻变层，所述阻变层包括氧化层和剩余的原始薄膜；

在所述阻变层上制备顶电极，形成忆阻器；

其中，在形成阻变层期间，通过调控氧等离子体工艺的处理参数，调控阻变层内导电细丝的形态，改变忆阻器的易失性或非易失性。

优选地，所述原始薄膜包括InSe、In₂Se₃或其中间过渡态化合物中的至少一种。

优选地，通过调控氧等离子体工艺的处理参数，调控阻变层内导电细丝的形态，改变忆阻器的易失性或非易失性，包括：

当预形成易失性忆阻器时，通过调控氧等离子体工艺的处理参数，形成的氧化层和剩余的原始薄膜的厚度比小于1；

当预形成非易失性忆阻器时，通过调控氧等离子体工艺的处理参数，形成的氧化层和剩余的原始薄膜的厚度比大于1。

优选地，其特征在于，通过调控氧等离子体工艺的处理参数，调控阻变层内导电细丝的形态，包括：

当预形成易失性忆阻器时，缩短工艺时长，减小氧化层的厚度；

当预形成非易失性忆阻器时，加长工艺时长，增加氧化层的厚度。

优选地，

在氧等离子工艺之前，原始薄膜的厚度范围为6-20nm，在氧等离子工艺期间，设置氧等离子体工艺压强范围为10-30Pa，工艺功率范围为20-60W；

当预形成易失性忆阻器时，控制工艺时长范围为2-5min；