[发明专利]一种基于氧化铋薄膜的电阻式随机读取存储器及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于非挥发性随机读取存储器技术领域，涉及一种基于二氧化锡薄膜的电阻式随机读取存储器及其制备方法。

背景技术

近年来，日渐增长的便携设备消费量使得非挥发性存储器市场得到了迅速扩大。闪存作为主流的非挥发性存储器，其单元结构由传统的金属-氧化物-半导体场效应晶体管（MOSFET）演变而来，具有成熟的制造工艺，占据非挥发性存储器90%以上的市场份额,已广泛地应用于便携设备的信息存储。据统计，全球非挥发性闪存的容量在过去的十年间以每年翻一翻的速度增长,市场规模越来越大。但是，闪存利用电荷存储信息的方式将在22nm及以下的CMOS工艺中遇到极大的挑战。因此，铁电存储器、磁阻存储器、相变存储器、电阻存储器等以非电荷方式存储信息的新型非挥发性存储器受到了极大的关注。其中，电阻式随机读取储器具有高速、低功耗、结构简单、可高密度集成等优点，被认为有望成为下一代通用的非挥发性存储器。

电阻存储器的结构十分简单，是基于MIM的三明治结构，其中M一般为金属电极，I为绝缘层或半导体薄膜，其中包括：二元金属氧化物薄膜（BMOs）、钙钛矿氧化物、硫系化合物和有机物等。在这些材料之中，二元金属氧化物薄膜由于材料组分简单，制备方法简单，与硅集成电路工艺相兼容等特点被认为是一类有望应用于电阻存储器的材料，也是目前研究最多的一类材料。如Nb₂O₅、Al₂O₃、Ta₂O₅、TiO₂、NiO、ZrxO、Cu_xO及ZnO等等，其中，NiO和TiO₂是受到关注最多的材料。氧化铋（Bi₂O₃）是一种重要的氧化物半导体材料，显现出很多吸引人的特性，越来越多的被人们所关注。近年来，氧化铋薄膜材料在应用方面吸引了人们极大地兴趣，分别已被应用在电子功能材料、 电解质材料、 光电材料、医用复合材料、高温超导材料、催化剂等方面。然而，关于氧化铋在电阻存储器的应用方面的研究却未见报道。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种基于氧化铋薄膜的电阻式随机读取存储器及其制备方法。

本发明解决技术问题所采取的技术方案为：

一种基于氧化铋薄膜的电阻式随机读取存储器，该存储器由重掺硅衬底、氧化铋薄膜、金属薄膜电极构成，氧化铋薄膜位于重掺硅衬底、金属薄膜电极之间，重掺硅衬底作为电阻式随机读取存储器的下电极，金属薄膜电极作为电阻式随机读取存储器的上电极。

所述的重掺硅衬底的电阻率小于0.1Ω·cm。

所述的氧化铋薄膜的厚度范围为30～200nm。

所述的金属薄膜电极为在温度100℃下呈固体的金属材料。金属材料优选金、铂、铜、铝、钛或镍。

制备上述电阻式随机存储器的方法，包括以下步骤：

步骤1. 采用半导体标准清洗工艺清洗重掺硅衬底；

步骤2.采用磁控溅射法在重掺硅衬底上沉积氧化铋薄膜；

步骤3.在氧化铋薄膜上采用电子束蒸发法制备金属薄膜电极。

在步骤2中，利用磁控溅射法制备氧化铋薄膜，具体条件为：氩气与氧气流量比例为20～7，衬底温度为25℃～300℃，溅射功率为30W，溅射时间5～30min，溅射时用高纯金属铋靶。

本发明的有益效果：本发明通过采用新型的氧化铋薄膜作为电阻式随机读取存储器中的阻变层，可以获得良好的电阻转变特性。这种新型的电阻式随机读取存储器在直流电压连续扫描激励下表现出高、低阻态之间的转变和记忆特性，器件性能稳定，并能很好地与硅集成电路工艺相兼容。这些特性表明本发明在非挥发性存储器件领域具有潜在的应用价值。

附图说明

图1是本发明存储器结构示意图；

图2是实施例1所制备的存储器的I-V特性图；

图3是实施例2所制备的存储器的I-V特性图。

具体实施方式

    本实施例通过以下技术方案来实现的：一种电阻式随机读取存储器的存储单元，包括：金属薄膜电极/氧化铋薄膜/重掺硅衬底结构的电阻存储器。该存储器由重掺硅衬底1、氧化铋薄膜2、金属薄膜上电极3构成。其中，作为存储单元上电极的金属，可以为金、铂、铜、铝、钛、或镍。氧化铋薄膜作为存储单元的工作层，起电阻转变作用。重掺硅作为存储单元的下电极及衬底。