[发明专利]一种铜掺杂的金属氧化物双功能层忆阻器

说明书

本发明涉及微电子材料与半导体器件技术领域，具体涉及一种铜掺杂的金属氧化物双功能层忆阻器。该忆阻器自下而上依次设置为衬底、底电极、第一功能层、第二功能层和顶电极；所述第一功能层和第二功能层为纳米堆叠结构薄膜材料，其中，第一功能层的材料采用HfO_y薄膜，第二功能层的材料采用Cu掺杂的TiO_x薄膜。本发明中第一功能层HfO_y薄膜材料获取简单，易于实现，并且具有高开关比，第二功能层TiO_x薄膜中掺入Cu可以加快导电细丝的生成速率，增强导电细丝的稳定性，从而增大忆阻器的开关比，进而实现双功能层提高忆阻器的稳定性、增大忆阻器的开关比，对新一代存储器的研究具有重要意义。

技术领域

本发明涉及微电子材料与半导体器件技术领域，具体涉及一种铜掺杂的金属氧化物双功能层忆阻器，以及其制备的方法。

背景技术

1971年加州大学伯克利分校的蔡少堂教授首次提出忆阻器的概念，忆阻器作为一种非线性电子元器件，可以表示电流与磁通的关系，与电阻、电容和电感并称为四种基本电子元器件。2008年惠普公司首次研制出忆阻器实物，激发了各国研究员对忆阻研究的热情。忆阻器是一种具有记忆功能的无源器件，其阻值会随着流经它的电流而改变，并且忆阻器会保持断电前最后时刻的阻值，因此忆阻器具有非易失性存储功能。这种特性使忆阻器具有较为广泛的应用前景，例如随机存储器的制备、人工神经网络等。

目前忆阻器的研究主要基于氧化物体系，氧化物忆阻器的工作原理是氧空位在电场作用下的迁移，由于氧空位迁移速度缓慢，顶电极和底电极之间很难形成导电细丝，因此氧化物忆阻器的低阻态较难实现，开关比较小，所需偏置电压较大，稳定性较差，随机性过强，这些不利因素很大程度上限制了实物忆阻器的发展。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种铜掺杂的金属氧化物双功能层忆阻器，采用的技术方案为：

一种铜掺杂的金属氧化物双功能层忆阻器，包括自下而上依次设置为衬底、底电极、第一功能层、第二功能层和顶电极；

所述第一功能层和第二功能层为纳米堆叠结构薄膜材料，其中，第一功能层的材料采用HfO_y薄膜，第二功能层的材料采用Cu掺杂的TiO_x薄膜，其中，0x≤2，0y≤2。

优选的，所述顶电极和底电极的材料采用单层金属电极层、双层复合电极层中的任意一种，所述衬底采用抛光玻璃、硅晶片和导电玻璃中的任意一种。

优选的，所述单层金属电极层的材料采用W、Al、Cu、Ag、Pt、Au、Ti、Zr、Ta中的任意一种；所述双层复合电极层的材料采用Ag/Ti、Au/Ti、Pt/Ti、Ag/Cu、Au/Cu、Pt/Cu中的任意一种。

优选的，所述衬底为抛光玻璃，底电极为Au/Ti复合电极，顶电极为Au电极。

优选的，所述底电极、第一功能层、第二功能层、顶电极采用磁控溅射、电子束蒸发或化学气相沉积的任一种工艺形成。

优选的，其制备方法包括以下步骤：

(1)清洗衬底：将抛光玻璃使用无水酒精擦拭后烘干备用；

(2)打磨靶材：依次使用粗砂纸和细砂纸打磨Ti靶材、Cu靶材、HfO_y靶材和TiO_x靶材，再用无尘布擦拭其表面；

(3)制备Au薄膜：使用离子镀膜仪，以Au靶材作为溅射源，调节离子镀膜仪的电流维持在6.5mA～8.5mA，溅射得到厚度10nm～50nm的Au薄膜；