一種基于納米線陣列的憶阻器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于微納電子器件領(lǐng)域，涉及一種基于納米線陣列的憶阻器及其制備方法。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]憶阻器被認(rèn)為是除電阻、電容、電感之外的第四種無源電子元件，其新穎的電學(xué)特性在于阻值能夠隨流經(jīng)器件的電荷而發(fā)生動態(tài)變化，并實現(xiàn)連續(xù)電阻態(tài)的存儲。1971年，華裔科學(xué)家蔡少堂教授從理論上預(yù)言憶阻器這一基本電子元件的存在。2008年，惠普實驗室首次在實驗上構(gòu)筑了憶阻器原型器件。憶阻器具有新穎的非線性電學(xué)性質(zhì)，并兼具密度高、尺寸小、功耗低、非易失性等特點，被認(rèn)為是發(fā)展下一代新型非易失性存儲技術(shù)的理想方案之一，因而成為信息、材料等領(lǐng)域的研宄熱點。此外，憶阻器的阻變行為與生物體神經(jīng)可塑性有著高度的相似性，因而在發(fā)展神經(jīng)突觸仿生器件及神經(jīng)形態(tài)計算機等方面具有潛力。
[0004]惠普實驗室提出的憶阻器件采用了由缺氧和富氧TiCV薄膜構(gòu)成的雙層結(jié)構(gòu)，利用電場誘導(dǎo)氧缺陷在兩層間的迀移實現(xiàn)器件阻值調(diào)控。隨后，不同結(jié)構(gòu)、不同材料的憶阻器件相繼研制成功。例如，CN102738387A專利中公開了一種基于單層T1x (0.5<x<3)薄膜結(jié)構(gòu)的憶阻器及其制備方法，而CN103050622A專利中公開了一種基于AgInSbTe材料體系的憶阻器件。
[0005]在憶阻器件研宄中，其潛在的高存儲密度應(yīng)用一直是研宄的重要部分，尤其在神經(jīng)突觸仿生器件研宄中。人類大腦中約有114個神經(jīng)突觸，相較于傳統(tǒng)人造突觸的制備方法，利用高密度的納米憶阻器構(gòu)造相同數(shù)量的人造突觸將會大大減低功耗和體積。常見的憶阻器件多采用薄膜層作為其功能轉(zhuǎn)變層，因此光刻、電刻等微納加工技術(shù)的使用是制備并集成高密度憶阻器件的關(guān)鍵。鑒于納米線陣列的高密度特性，開發(fā)具有納米線結(jié)構(gòu)的憶阻器件，是實現(xiàn)高密度存儲單元的簡便而有效途徑。同時，納米結(jié)構(gòu)的引入為憶阻器的結(jié)構(gòu)設(shè)計提供新的方案，并為進一步研制以單根納米線為存儲單元的憶阻器件提供研宄基礎(chǔ)。
[0006]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明目的在于提供一種基于納米線陣列的憶阻器及其制備方法，其中通過對單晶納米線陣列表層進行氣體離子濺射，誘導(dǎo)納米線表面層中氧缺陷的產(chǎn)生以及微結(jié)構(gòu)的無序化，形成憶阻器阻態(tài)轉(zhuǎn)變層。同時，器件能隨施加電壓實現(xiàn)連續(xù)阻值可調(diào)的憶阻行為。
[0008]本發(fā)明實現(xiàn)上述基于納米線陣列憶阻器的技術(shù)方案如下:一種基于納米線陣列結(jié)構(gòu)的憶阻器，包括上電極、下電極及兩電極之間的憶阻器阻態(tài)轉(zhuǎn)變層。其特征在于，阻態(tài)轉(zhuǎn)變層為金屬氧化物納米線陣列，金屬氧化物可為Ti02、ZnO等。
[0009]在上述技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本發(fā)明還可以做如下優(yōu)選。
[0010]所述下電極為FTO或ITO導(dǎo)電玻璃，其電阻為10 Ω至400 Ω。[0011 ] 所述上電極為金屬電極或者導(dǎo)電氧化物電極等。
[0012]所述上電極材料可為Pt、Au、T1、W、Al、Ta等金屬電極中一種或者多種組合；所述導(dǎo)電氧化物電極包括ITO、IZO, FTO等；所述上電極厚度為20nm至500nmo
[0013]所述納米線陣列為水熱方法制備，且其直徑為80nm至200nm，長度為SOOnm至3 μ m0
[0014]所述納米線陣列需經(jīng)歷Ar、Ar/H2、NH3等還原性氣體離子濺射處理，誘導(dǎo)納米線上端表面層中產(chǎn)生氧缺陷以及微結(jié)構(gòu)無序，形成阻態(tài)轉(zhuǎn)變層。
[0015]本發(fā)明還提供了一種實現(xiàn)上述憶阻器件的制備方法:
步驟一:制備下電極；
步驟二:在FTO或ITO導(dǎo)電玻璃襯底上，利用水熱方法制備金屬氧化物單晶納米線陣列；
步驟三:利用磁控濺射在Ar、Ar/H2、NH3等還原性氣體中對金屬氧化物單晶納米線陣列進行反濺處理，誘導(dǎo)陣列上端表層產(chǎn)生氧缺陷以及微結(jié)構(gòu)無序，形成阻態(tài)轉(zhuǎn)變層；
步驟四:使用高分子材料封裝氣體離子處理后的金屬氧化物納米線陣列，并使用熱蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)或濺射等方法在陣列頂部沉積上電極。
[0016]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明提供了一種基于納米線陣列憶阻器及其制備方法，能夠擴充憶阻器件的構(gòu)建方案。同時，該憶阻器件具有連續(xù)多阻態(tài)轉(zhuǎn)變、運行穩(wěn)定、性能可控、工藝簡單、成本低、高密度等優(yōu)點。
[0017]
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明方法中納米線陣列憶阻器的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明方法中實施例T12納米線陣列憶阻器制備方法流程圖；
圖3為圖2所示制備方法各步驟對應(yīng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為圖3(b)中1102納米線陣列所對應(yīng)的掃描電鏡斷面圖；
圖5為本發(fā)明實施例憶阻器在連續(xù)正偏壓下基本電壓-電流曲線；
圖6為本發(fā)明實施例憶阻器在連續(xù)負(fù)偏壓下基本電壓-電流曲線。
[0019]
【具體實施方式】
[0020]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清晰，以下結(jié)合附圖和具體實例對本發(fā)明的操作過程作進一步詳細(xì)說明。需說明，此處所描述的具體實例僅用于解釋本發(fā)明，其中圖示為示意性質(zhì)，并不用于限定本發(fā)明的范圍。
實施例
[0021]圖1為本發(fā)明方法中納米線陣列憶阻器的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，憶阻器包括:襯底100;下電極101;生長于下電極之上的納米線陣列102，此實施例中選用T12;經(jīng)歷氣體離子濺射處理的阻態(tài)轉(zhuǎn)變層103 ;用于封裝納米線陣列的高分子材料104 ;沉積于納米線陣列頂端的上電極105。
[0022]所述襯底100 —般為石英，玻璃或者硅等。
[0023]所述下電極101可選用FTO或ITO導(dǎo)電薄膜，其電阻為10 Ω至400 Ω。結(jié)合襯底選擇，可以理解為可直接使用FTO或ITO導(dǎo)電玻璃，或沉積FTO或ITO導(dǎo)電薄膜于其它襯底同樣適用。
[0024]所述上電極105可為Pt、Au、Cu、Ag、T1、W、Al、Ta等金屬電極中一種或者多種組合；所述導(dǎo)電化合物電極包括ITO、IZO、FTO等；所述上電極105厚度為20nm至500nm;所述上電極105可采用磁控濺射、熱蒸發(fā)、電子束蒸發(fā)等方式制備。
[0025]所述納米線陣列102可為水熱方法制備，且其直徑為80nm至200nm，長度為800nm至 3 μ m0
[0026]進一步，所述納米線陣列需經(jīng)歷Ar、Ar/H2、NH3等還原性氣體離子濺射處理，誘導(dǎo)納米線陣列上端表層產(chǎn)生