專利名稱：一種納米線阻變存儲(chǔ)器及其實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于非揮發(fā)性存儲(chǔ)器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種半導(dǎo)體存儲(chǔ)器及其實(shí)現(xiàn)方 法，特別涉及一種納米線阻變存儲(chǔ)器及其實(shí)現(xiàn)方法。
背景技術(shù)：
隨著電子產(chǎn)品的不斷發(fā)展，非揮發(fā)性存儲(chǔ)器在半導(dǎo)體行業(yè)中扮演著越來(lái)越重要的 角色，其最大的優(yōu)點(diǎn)是所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)在沒(méi)有外部電源的情況下仍能保持很久。目前市場(chǎng)上 的非揮發(fā)性存儲(chǔ)器主要以閃存為主。近年來(lái)，如鐵電存儲(chǔ)器(FeRAM)、相變存儲(chǔ)器(PRAM) 及阻變存儲(chǔ)器(RRAM)都得到了廣泛的研究。在這些存儲(chǔ)器當(dāng)中，阻變存儲(chǔ)器因?yàn)槠渚哂兄?備簡(jiǎn)單、存儲(chǔ)密度高、操作電壓低、讀寫速度快、保持時(shí)間長(zhǎng)、非破壞性讀取、低功耗、與傳統(tǒng) CMOS工藝兼容性好等優(yōu)勢(shì)而得到了很大的重視。傳統(tǒng)的阻變存儲(chǔ)器是采用Ti02、Zr0、Cu20 和SrTiO3等二元或三元金屬氧化物作為阻變材料來(lái)存儲(chǔ)信息的。阻變材料在外加電壓作 用下可以具有高阻態(tài)和低阻態(tài)兩種不用的狀態(tài)，其可以分別用來(lái)表征“0”和“ 1”兩種狀態(tài)。 在不同外加電壓的作用下，阻變材料的電阻值可以在高阻態(tài)和低阻態(tài)之間實(shí)現(xiàn)可逆轉(zhuǎn)換， 以此來(lái)實(shí)現(xiàn)信息存儲(chǔ)的功能。納米線是很好的信息存儲(chǔ)介質(zhì)，可通過(guò)改變其直徑及其他可控性能來(lái)獲得優(yōu)越的 存儲(chǔ)效果。與以晶體管為基礎(chǔ)的存儲(chǔ)器一樣，以納米線為基礎(chǔ)的存儲(chǔ)器也是以二進(jìn)制為發(fā) 展方向。而以納米線為基礎(chǔ)的存儲(chǔ)器存儲(chǔ)密度更大，用更少的納米線就可獲得驚人的存儲(chǔ) 能力，這將使需要具有存儲(chǔ)能力的電子器件，也幾乎是所有電子器件，變得更加緊湊。另外， 更少的納米線也意味著制造工藝會(huì)更加簡(jiǎn)單。目前，傳統(tǒng)的納米線阻變存儲(chǔ)器的基本結(jié)構(gòu) 如圖1所示，它是將整根納米線溝道102形成在襯底101之上作為阻變層102，然后在阻變 層102之上形成金屬電極103a和103b，所示箭頭為示意給出的導(dǎo)電細(xì)絲。受光刻技術(shù)的限制，傳統(tǒng)的納米線阻變存儲(chǔ)器的阻變層的厚度達(dá)數(shù)百納米，從而 使得操作電壓很高。目前利用半導(dǎo)體納米線實(shí)現(xiàn)的阻變存儲(chǔ)器的操作電壓都在幾十伏，極 大限制了其在未來(lái)有可能取代硅工藝的納米線集成電路中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種操作電壓低的新型的納米線阻變存儲(chǔ)器及其實(shí)現(xiàn)方 法。該阻變存儲(chǔ)器可以改善傳統(tǒng)納米線阻變存儲(chǔ)器操作電壓高的缺點(diǎn)，從而可以在未來(lái)的 納米線集成電路中得到廣泛的應(yīng)用。本發(fā)明的納米線阻變存儲(chǔ)器，是一種使用金屬-金屬氧化物核殼結(jié)構(gòu)的納米線來(lái) 實(shí)現(xiàn)的阻變存儲(chǔ)器，包括位于襯底之上的納米線；以及，位于所述所述納米線之上的金屬電極。進(jìn)一步地，所述納米線的核為金屬，可以為Au、Pt、Pd、Ni、Co或者其它金屬，作為 阻變存儲(chǔ)器的傳導(dǎo)層；所述納米線的殼為金屬氧化物半導(dǎo)體或絕緣體，可以為Ga203、SnO2或者其它金屬氧化物半導(dǎo)體或絕緣體，作為阻變存儲(chǔ)器的阻變層。所述金屬電極采用Pt、 Al、Au、Pd、Ni或者其它金屬材料。本發(fā)明所提出的納米線阻變存儲(chǔ)器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作電壓低等優(yōu)點(diǎn)，并且可以 應(yīng)用于未來(lái)的納米線集成電路，或者其它種類的柔性集成電路里的存儲(chǔ)器部分。本發(fā)明還提出了上述納米線阻變存儲(chǔ)器的實(shí)現(xiàn)方法，包括下列步驟提供一絕緣體襯底；在所述絕緣襯底上形成金屬納米顆粒；利用氣態(tài)_液態(tài)_固態(tài)法(VLS)在所述絕緣體襯底上合成金屬_金屬氧化物核殼 結(jié)構(gòu)的納米線；將所形成的納米線旋涂于提供的半導(dǎo)體襯底之上；在所述納米線之上形成金屬電極。進(jìn)一步地，所述絕緣襯底為Si02、Si3N4或者其它材料的絕緣體。所述金屬納米顆 粒為Au、Pt、Pd、Ni、Co或者其它金屬的納米顆粒。所述金屬氧化物為Ga203、Sn02或者其它 金屬氧化物半導(dǎo)體或絕緣體。所述半導(dǎo)體襯底為單晶硅、多晶硅或者絕緣體上的硅(SOI)。 所述金屬電極采用Pt、Al、Au、Pd、Ni或者其它金屬材料。本發(fā)明所公開的納米線阻變存儲(chǔ)器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作電壓低等優(yōu)點(diǎn)，并且可以 應(yīng)用于未來(lái)的納米線集成電路，或者其它種類的柔性集成電路里的存儲(chǔ)器部分。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)的一種納米線阻變存儲(chǔ)器單元的截面圖。圖2為生長(zhǎng)的一種金屬_金屬氧化物核殼結(jié)構(gòu)的納米線的截面圖。圖3本發(fā)明提供的一種納米線阻變存儲(chǔ)器的實(shí)施例的截面圖。
具體實(shí)施例方式下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施方式作詳細(xì)說(shuō)明。在圖中，為了方便 說(shuō)明，放大或縮小了層和區(qū)域的厚度，所示大小并不代表實(shí)際尺寸。盡管這些圖并不能完全 準(zhǔn)確的反映出器件的實(shí)際尺寸，但是它們還是完整的反映了區(qū)域和組成結(jié)構(gòu)之間的相互位 置，特別是組成結(jié)構(gòu)之間的上下和相鄰關(guān)系。參考圖是本發(fā)明的理想化實(shí)施例的示意圖，本發(fā)明所示的實(shí)施例不應(yīng)該被認(rèn)為僅 限于圖中所示區(qū)域的特定形狀，而是包括所得到的形狀，比如制造引起的偏差，圖中的表示 是示意性的，但這不應(yīng)該被認(rèn)為是限制本發(fā)明的范圍。同時(shí)，在下面的描述中，所使用的術(shù) 語(yǔ)襯底可以理解為包括正在工藝加工中的襯底，可能包括在其上所制備的其它薄膜層。首先，利用氣態(tài)-液態(tài)-固態(tài)法(VLS)形成金屬-金屬氧化物核殼結(jié)構(gòu)的納米線。 納米線的基本結(jié)構(gòu)如圖2所示，它先是在絕緣襯底201上形成金屬納米顆粒，可以為Au、Pt、 Pd、Ni、Co或者其它金屬的納米顆粒；然后以金屬納米顆粒作為觸媒，通過(guò)VLS方法合成金 屬_金屬氧化物核殼結(jié)構(gòu)的納米線202，所示202a為納米線的金屬核，所示202b為納米線 202的金屬氧化物殼，可以選擇Ga203、SnO2或其他金屬氧化物半導(dǎo)體或絕緣體。接下來(lái)，將形成的納米線202，置于半導(dǎo)體襯底203之上，半導(dǎo)體襯底203可以選擇 為單晶硅、多晶硅或者絕緣體上的硅(SOI)。然后利用電子束光刻，在納米線202之上制造
4阻變存儲(chǔ)器的的兩個(gè)電極203a和203b，金屬電極可以是Pt、Au、Pd、Ni或是其他金屬。在金屬-金屬氧化物核殼結(jié)構(gòu)的納米線阻變存儲(chǔ)器中，由于納米線的核為金屬， 可以提供電子的導(dǎo)電通路，因此其阻變層就只有金屬電極覆蓋部分的金屬氧化物殼層，從 而可以極大地降低工作電壓，也會(huì)使得存儲(chǔ)器的功耗降低。此外，利用這種結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的阻變 存儲(chǔ)器，大大降低了器件性能對(duì)光刻精度的依賴。如上所述，在不偏離本發(fā)明精神和范圍的情況下，還可以構(gòu)成許多有很大差別的 實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，除了如所附的權(quán)利要求所限定的，本發(fā)明不限于在說(shuō)明書中所述的具體 實(shí)例。
權(quán)利要求
一種納米線阻變存儲(chǔ)器，其特征在于，該納米線阻變存儲(chǔ)器包括位于襯底之上的納米線；以及，位于所述所述納米線之上的金屬電極；其中所述納米線為金屬 金屬氧化物核殼結(jié)構(gòu)的納米線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米線阻變存儲(chǔ)器，其特征在于，所述納米線的核為Au、Pt、 PcUNi或Co，作為阻變存儲(chǔ)器的傳導(dǎo)層；所述納米線的殼為金屬氧化物半導(dǎo)體或絕緣體，作 為阻變存儲(chǔ)器的阻變層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的納米線阻變存儲(chǔ)器，其特征在于，所述金屬電極采用Pt、Al、 Au、Pd 或 Ni。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的納米線阻變存儲(chǔ)器，其特征在于，所述金屬氧化物為Ga203、 SnO2O
5.一種納米線阻變存儲(chǔ)器的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，包括下列步驟 提供一絕緣體襯底；在所述絕緣襯底上形成金屬納米顆粒；利用氣態(tài)_液態(tài)_固態(tài)法在所述絕緣體襯底上合成金屬_金屬氧化物核殼結(jié)構(gòu)的納米線.一入 ，將所形成的納米線旋涂于一半導(dǎo)體襯底之上； 在所述納米線之上形成金屬電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述絕緣襯底為Si02、Si3N4或者其它 材料的絕緣體。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述金屬納米顆粒為Au、Pt、Pd、Ni 或Co。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述金屬氧化物為Ga2O3或Sn02。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述半導(dǎo)體襯底為單晶硅、多晶硅或 者絕緣體上的硅。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的實(shí)現(xiàn)方法，其特征在于，所述金屬電極采用Pt、Al、Au、Pd或Ni。
全文摘要
本發(fā)明屬于非揮發(fā)性存儲(chǔ)器技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種納米線阻變存儲(chǔ)器及其實(shí)現(xiàn)方法。本發(fā)明使用金屬-金屬氧化物核殼結(jié)構(gòu)的納米線來(lái)實(shí)現(xiàn)阻變存儲(chǔ)器，所述納米線的核為金屬，作為阻變存儲(chǔ)器的傳導(dǎo)層；所述納米線的殼為金屬氧化物半導(dǎo)體或絕緣體，作為阻變存儲(chǔ)器的阻變層。本發(fā)明所公開的納米線阻變存儲(chǔ)器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作電壓低等優(yōu)點(diǎn)，并且可以應(yīng)用于未來(lái)的納米線集成電路，或者其它種類的柔性集成電路里的存儲(chǔ)器部分。
文檔編號(hào)H01L45/00GK101894909SQ20101020227
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2010年6月17日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月17日
發(fā)明者劉晗, 張衛(wèi), 王鵬飛, 顧晶晶 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)