專利名稱：：一種非揮發(fā)性存儲元件及其制備方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種非揮發(fā)性存儲元件及其制備方法，具體地說是一種基于MgZnO薄膜電阻開關特性的非揮發(fā)性存儲元件及其制備方法，屬于新型微納電子功能器件領域。
背景技術：
：9前，氧化物材料如NiO、Ti02、PrxCauMn03、SrZr03等的電阻開關特性，即兩個不同電阻態(tài)之間的轉換特性備受關注，而利用該特性制作的存儲器件具有工作電流低、驅(qū)動電壓小、穩(wěn)定性高、存儲速度快、存儲容量大等技術優(yōu)點，有望成為新一代非揮發(fā)性存儲器，但是現(xiàn)有氧化物材料如NiO、Ti02、PrxCa^Mn03、SrZr03等的電阻開關特性中，兩個不同電阻態(tài)之間存在電阻比值不夠高的缺點。ZnO是很重要的一種半導體材料，通過不同含量的Mg摻雜可以實現(xiàn)禁帶寬度在3.377.8eV之間連續(xù)可調(diào)，而半導體的光電性能同其禁帶寬度密切相關.，現(xiàn)有技術中還未見Mg摻雜ZnO體系(MgxZni—xO)的電阻開關特性有所報道。
發(fā)明內(nèi)容不同電阻態(tài)之間電阻比值不夠高的缺點，目的在于提供一種基于MgxZni-xO薄膜電阻開關特性、具有高電阻比值的MgxZni-xO薄膜存儲元件。本發(fā)明的另一目的是提供上述MgxZni_xO存儲元件的制備方法。本發(fā)明通過以下技術方案實現(xiàn)上述發(fā)明目的。一種非揮發(fā)性存儲元件，是由MgxZni_xO薄膜及其上下表面的Pt電極構成三明治結構的MgxZni—xO薄膜非揮發(fā)性存儲元件，其中x=0.6或0.8或1。本發(fā)明提供的上述薄膜的制備方法包括以下步驟(1)制備MgxZn^O前驅(qū)液；(2)在Pt底電極上制備MgxZni-xO薄膜；3(3)上述MgxZn^O薄膜在650。C下退火，然后冷卻到室溫；(4)將上述經(jīng)熱處理后的MgxZni—xO薄膜上表面鍍Pt電極，構成三明治結構的MgxZni—xO存儲器件。上述步驟(1)是將二乙醇胺同溶劑充分混合，加入醋酸鋅，待溶解后加入醋酸鎂混勻，滴入少量的水醋酸，室溫下攪拌2h后超聲處理10min,得到MgxZni—xO溶液，調(diào)節(jié)濃度，得到制備薄膜用前驅(qū)液；上述步驟(2)是利用MgxZn^O前驅(qū)液在Pt/Ti02/Si02/Si襯底上制備薄膜，調(diào)整甩膜參數(shù)和甩膜時間，甩膜后的濕膜在熱板上預處理，經(jīng)過多次甩膜-預處理-甩膜過程，得到MgxZni-xO薄膜。所述Pt/Ti02/Si02/Si襯底，是鍍Pt的Si襯底，更具體地說，即在單晶硅片上先熱氧化生成一層Si02膜，再在其上生長一層Ti02膜，然后鍍一層Pt膜(用作下電極),即為"鍍Pt的Si襯底"。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提供的技術方案具有以下有益效果(1)上述Mgo.2Zno.80存儲器件，具有穩(wěn)定且可重復的電阻開關特性，初始化電流小，高阻、低阻兩狀態(tài)之間轉換所對應電壓值低于IV，能夠滿足實際應用的要求；(2)上述MgxZni—xO存儲器件，除具有Mg。.2Zna80器件的各種特性外，其高阻、低阻比值更大，達到107至109,有利于提高器件的信噪比，改善器件性能，并簡化存儲態(tài)讀出過程。(3)上述MgxZiikO存儲器件，其初始化電流較小，且隨Mg成分的增加而卩爭^f氐。(4)本發(fā)明所述的薄膜制備方法不僅具有操作簡單、成本低、化學組成易控等特點，而且制備得到的薄膜無裂紋、致密性好、晶粒分布均勻。圖1為基于MgxZnkO薄膜電阻存儲器件的三明治結構示意圖。圖2和圖3均為Pt/MgxZni-xO/Pt電阻存儲器件的存儲特性檢測結果圖圖2中x=0.2,初始化電流為30mA,器件制備及檢測過程見實施例1;圖3中x=0.6，初始化電流為5mA，器件制備及^f全測過程見實施例2。具體實施例方式以下通過具體的實施例進一步說明本發(fā)明的技術方案。各實施例的Mg含量與所用醋酸鋅、醋酸鎂量的對應關系見表l:表lMg含量所用醋酸鋅、醋酸鎂量對應關系表<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>實施例1制備Mg^Zn^O存儲器件(1)制備Mg0.2Zn0.8O前驅(qū)液將0.8419g二乙醇胺同乙二醇甲醚充分混合，再加入所需二水醋酸鋅和四水醋酸鎂，加熱至12(TC保持10min,冷卻至80°C，恒溫2h,冷卻到室溫得到Mgo.2Zno.sO溶液，調(diào)節(jié)濃度至0.5mol/L,最后溶液體積為20ml,得到前驅(qū)液。(2)制備MgQ.2Zno.80薄膜將Mga2Zno.80前驅(qū)液在潔凈的Pt/Ti02/Si02/Si襯底上用旋涂法制備薄膜，層數(shù)為六。甩膜參數(shù)為2500轉/分鐘，時間為20秒，每層預處理溫度為350°C,時間為5分鐘。重復甩膜-預處理-再甩膜過程，得到MgQ.2Zno.80薄膜。(3)將上述Mgo,2Zno.80薄膜進行熱處理，溫度為650°C，升溫速率為5°C/分鐘，恒溫1小時。第一、二、三層和第四、五、六層薄膜在同樣的條件下分別進行熱處理。這樣能夠獲得結晶完善，致密的禁帶寬度梯度化Mg。.2Zn0.8O薄膜。'(4)將上述經(jīng)熱處理后的Mga2Zna80薄膜上表面鍍上Pt電極(電極直徑為0.3mm)，構成三明治結構的Mgo.2Zno.sO存儲器件，結構見圖1所示。(5)器件存儲特性見圖2，在循環(huán)I-V曲線測試前用30mA電流脈沖進4亍初始化，時間為50ms。器件能在高、低電阻態(tài)之間重復轉換，而高、低阻態(tài)電阻值比約為25。實施例2(1)制備Mgo.6Zn(uO溶液將二乙醇胺同溶劑充分混合，室溫下再加入醋酸鋅，待溶解后加入醋酸鎂混勻，滴入lml的冰醋酸，室溫下攪拌2h后超聲10min,調(diào)節(jié)濃度，得到制備薄膜用Mgo.6Zno.40前驅(qū)液；Mgo.6Zno.40薄膜和器件的制備同實施例1的(2)、(3)、(4)。器件存儲特性見圖3,在循環(huán)I-V曲線測試前用5mA電流脈沖進行初始化，時間為50ms。器件能在高、低電阻態(tài)之間重復轉換，而高、低阻態(tài)電阻值比大于107。實施例3(1)Mga8Zno.20溶液配置將二乙醇胺同溶劑充分混合，室溫下再加入醋酸鋅，待溶解后加入醋酸4美混勻(見表1)，滴入lml的水醋酸，室溫下攪拌2h后超聲處理10min，調(diào)節(jié)濃度，得到制備薄膜用Mga8Zno.20前驅(qū)液；Mg0.8Zn0.2O薄膜和器件的制備同實施例1的(2)、(3)、(4)。器件存儲特性類似于實施例1的(5)。實施例4(l)MgO溶液配置將二乙醇胺同溶劑充分混合，室溫下再加入醋酸鋅，待溶解后加入醋酸鎂混勻(見表l),滴入lml的冰醋酸，室溫下攪拌2h后超聲處理10min，調(diào)節(jié)濃度，得到制備薄膜用MgO前驅(qū)液；MgO薄膜和器件的制備同實施例1的(2)、(3)、(4)。器件存儲特性類似于實施例1的(5)。權利要求1.一種非揮發(fā)性存儲元件，其特征在于由MgxZn1-xO薄膜及其上下表面的Pt電極構成三明治結構的MgxZn1-xO薄膜非揮發(fā)性存儲元件，其中x＝0.6或0.8或1。2.權利要求1所述非揮發(fā)性存儲元件的制備方法，其特征在于包括以下步驟(1)制備MgxZni-xO前驅(qū)液；(2)在Pt底電極上制備MgxZni_xO薄膜；(3)上述MgxZn^O薄膜在650。C下退火，然后冷卻到室溫；(4)將上述經(jīng)熱處理后的MgxZni-xO薄膜上表面鍍Pt電極，構成三明治結構的MgxZni.xO非揮發(fā)性存儲器件。3.如權利要求2所述的制備方法，其特征在于步驟(1)是將二乙醇胺同溶劑充分混合，加入醋酸鋅，待溶解后加入醋酸4美混勻，滴入冰醋酸，室溫下攪拌后超聲處理，得到MgxZni-xO溶液，調(diào)節(jié)濃度為0.5mol/L,得到制備薄膜用前驅(qū)液。4.如權利要求3所述的制備方法，其特征在于所述的溶劑是乙二醇曱醚。5.如權利要求2所述的制備方法，其特征在于步驟(2)是利用MgxZnNxO前驅(qū)液在襯底上制備薄膜，調(diào)整甩膜參數(shù)和甩膜時間，甩膜后的濕膜在熱平板上預處理，經(jīng)過多次甩膜-預處理-甩膜過程，以及熱處理，得到MgxZn^O薄膜。6.如權利要求5所述的制備方法，其特征在于所述襯底是鍍Pt的Si襯底。全文摘要本發(fā)明公開了一種非揮發(fā)性存儲元件，由Mg_xZn_1-xO薄膜及其上下表面的Pt電極構成三明治結構的Mg_xZn_1-xO薄膜非揮發(fā)性存儲元件，其中x＝0.6或0.8或1。本發(fā)明還公開了上述非揮發(fā)性存儲元件的制備方法，包括以下步驟制備Mg_xZn_1-xO前驅(qū)液；在Pt底電極上制備Mg_xZn_1-xO薄膜；上述Mg_xZn_1-xO薄膜在650℃下退火，然后冷卻到室溫；將上述經(jīng)熱處理后的Mg_xZn_1-xO薄膜上表面鍍Pt電極，構成三明治結構的Mg_xZn_1-xO非揮發(fā)性存儲器件。本發(fā)明提供的Mg_xZn_1-xO非揮發(fā)性存儲器件，其高阻、低阻比值更大，達到10⁷至10⁹，有利于提高器件的信噪比，改善器件性能，并簡化存儲態(tài)讀出過程，具有廣闊的應用前景。文檔編號H01L45/00GK101452994SQ20081019912公開日2009年6月10日申請日期2008年10月14日優(yōu)先權日2008年10月14日發(fā)明者包定華,陳心滿申請人:中山大學