[发明专利]一种限制电流对氧化铌薄膜的电阻转变行为的调控方法及其应用

说明书

本发明属于功能氧化物薄膜开关领域，具体公开了一种限制电流对氧化铌薄膜的电阻转变行为的调控方法及其应用。本发明通过调节NbO_x薄膜的限制电流（I_cc）大小调控其开关行为，当I_cc为5 mA和10 mA时，器件分别表现出非易失性阻变行为和易失性阻变行为；当增大I_cc到50 mA时，NbO_x的非易失性阻变行为和易失性阻变行为同时出现，NbO_x器件可以表现出1S1R的阻变行为，并且器件的每种阻变行为都可以稳定转换100次以上，本发明的1S1R的阻变行为可以抑制RRAM三维集成结构在数据读取过程中的串扰电流，因此上述调控方法可以应用于阈值选通开关中，也可应用于阻变存储器中。

技术领域

本发明属于功能氧化物薄膜开关(阻变特性)领域，具体涉及一种限制电流对氧化铌薄膜的电阻转变行为的调控方法及其在阈值选通开关或阻变存储器三维堆叠结构中的应用。

背景技术

电阻转变现象因为在转变前后电阻有几个数量级的变化(高阻态HRS和低阻态LRS)，可以用来作为信息存储、数字开关等受到人们的广泛研究。电阻转变行为可以分为易失性的和非易失性的，易失性的是在撤去电压后，电阻态立马恢复到原来的稳定的状态比如阈值选通开关(Selector)；非易失性的在撤去电压后仍能保持低阻态，比如阻变存储器(RRAM)。RRAM器件由于简单的两端结构，使其集成结构可以采用4F²的十字交叉阵列结构，极大地提高了信息存储密度，但是十字交叉阵列结构存在严重的串扰问题，容易造成信息的误读，严重限制了RRAM的大规模商业应用。

由于Nb元素具有多种价态Nb⁵⁺，Nb⁴⁺和Nb²⁺等，单一成分的NbO₂或Nb₂O₅较难制备，因此现有技术中制备的NbO_x一般为Nb₂O₅，NbO₂以及更低价态氧化物共同组成。Nb⁴⁺对应的氧化物NbO₂由于具有金属-绝缘体相变显示出易失性阻变特性，Nb⁵⁺对应的氧化物Nb₂O₅通常显示出非易失性阻变特性。因此，可以利用NbO₂的易失性阻变特性作为Selector、利用Nb₂O₅的非易失性阻变特性作为RRAM(这两者目前研究较多)，或者采用一些手段方法，将NbO_x材料的两种阻变特性同时激活使其自组装为Selector-RRAM(1S1R)器件，来抑制RRAM三维集成结构在数据读取过程中的串扰电流问题(相关报道较少)。有报道将制备的Pt/NbO₂/Pt器件和Pt/Nb₂O₅/Pt串联在一起形成1S1R器件,并且对于Nb₂O₅/NbO₂双层结构器件展示的稳定循环次数约20次(X.Liu,et al.Co-occurrence of threshold switching and memoryswitching in Pt/NbO_x/Pt cells for crosspoint memory applications[J].IEEEElectron Device Letters,2012,33(2):236-238。对于上述报道的1S1R器件稳定循环次数较少，并且器件的制备过程比较复杂。因此，找到一种可以多次稳定循环，并且成本低廉，制备方法简单的自组装NbO_x 1S1R器件的方法是有必要的。