用于交叉点内存阵列用的电阻开关与选择器共存器件及制备方法和应用

摘要

本发明属于半导体复合材料领域，公开一种用于交叉点内存阵列用的电阻开关与选择器共存器件及其制备方法和应用。本发明主要是建立在不同电极效应下的掺铌SrTiO3单晶形成的，通过引入不同的电极Ag和Au以及不同的测试方法，进而使得掺铌SrTiO3单晶上电阻开关与选择器效应共存。该器件由下到上依次包括底电极层、SrTiO3掺Nb单晶层、顶电极层，底电极层为Ag，顶电极层为Ag或Au。

权利要求

1.一种用于交叉点内存阵列用的电阻开关与选择器共存器件的制备方法，其特征在于包括以下步骤：（1）选取一片双面抛光的SrTiO3掺Nb单晶，其厚度不大于1mm，将其上下表面清洗干净；

（2）在清洗干净的SrTiO3掺Nb单晶的下表面均匀涂抹Ag浆，Ag浆全覆盖下表面，在SrTiO3掺Nb单晶的上表面一半的区域均匀涂抹Ag浆，然后将所得样品进行烧结；所述的上表面一半的区域是连续的区域或者不连续的区域；所述烧结的过程中控制升温速度为2℃/min，烧结采用的温度是650℃，烧结保温时间为120 min；

（3）Ag电极烧好后，采用直流溅射喷金的方法在上表面未覆盖Ag浆的区域镀上直径为

0.2mm的顶点电极Au，得到用于交叉点内存阵列用的电阻开关与选择器共存器件；

所得共存器件由下到上依次包括底电极层、SrTiO3掺Nb单晶层和顶电极层，其中底电极层为Ag，顶电极层为Ag和Au。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述SrTiO3掺Nb单晶层中Nb的掺杂量为0.5wt%。

说明书

用于交叉点内存阵列用的电阻开关与选择器共存器件及制备

方法和应用

技术领域

[0001] 本发明属于半导体复合材料领域，特别涉及一种用于交叉点内存阵列用的电阻开关与选择器共存器件及制备方法和应用。

背景技术

[0002] 近年来，随着电子技术的飞速发展，忆阻器(memristor)在信息储存、逻辑运算和神经网络等领域具有很好的应用前景。忆阻器是除电阻、电容、电感之外的第四种电路元件，它的发现足以媲美100年前发明的三极管，它的任何一项产业化应用都可能带来新一轮产业革命。与现在广泛使用的动态随机存储器(DRAM)和闪存(Flash Memory)相比，忆阻器能量消耗更低。与此同时，在同样大小的电路尺寸上能存储更多的数据。除了在半导体金属氧化物TiO2中出现忆阻器效应，人们发现许多金属氧化物具有电阻开关特性。多铁性材料在外磁场作用下可产生介电极化，或在外加电场下可产生磁响应。其电阻开关特性为铁电-铁磁性集成效应的新型信息存储处理以及磁电器件等提供了巨大潜在应用前景，近来已成为国际上一个新的研究热点领域之一。

[0003] ABO3基钙钛矿材料由于作为铁电隧道结(ferroelectric tunnel junctions:FTJs)载体，与金属电极(如Au或Ag等)和金属氧化物电极(如LSMO或LCMO)形成异质结后，具有隧道电阻(tunneling electroresistance:TER)效应，这种电阻开关行为可调的铁电隧道忆阻器，可应用于非挥发性存储器，而非对称电极下涉及铁电体的隧道电阻效应是当前的研究热点之一。而不同电极的选择对薄膜的电性能有一定的影响，特别是非对称性金属氧化物电极对薄膜电阻开关效应的影响需要系统了解。

发明内容

[0004] 为了克服现有技术的缺点与不足，本发明的首要目的在于提供一种用于交叉点内存阵列用的电阻开关与选择器共存器件。这种电阻开关与选择器共存器件具有很好的电阻开关特性和选择器特性，并且制备简单方便。

[0005] 本发明的又一目的在于提供一种上述用于交叉点内存阵列用的电阻开关与选择器共存器件的制备方法。

[0006] 本发明的再一目的在于提供上述用于交叉点内存阵列用的电阻开关与选择器共存器件的应用。

[0007] 本发明的目的通过下述技术方案实现：

[0008] 一种用于交叉点内存阵列用的电阻开关与选择器共存器件，该共存器件由下到上依次包括底电极层、SrTiO3掺Nb单晶层和顶电极层，其中底电极层为Ag，顶电极层均为Ag和Au。

[0009] 所述SrTiO3掺Nb单晶层中Nb的掺杂量为0.5wt％。

[0010] 上述用于交叉点内存阵列用的电阻开关与选择器共存器件的制备方法，包括以下步骤：

[0011] (1)选取一片双面抛光的SrTiO3掺Nb单晶，其厚度不大于1mm，将其上下表面清洗干净；

[0012] (2)在清洗干净的SrTiO3掺Nb单晶的下表面均匀涂抹Ag浆，Ag浆全覆盖下表面，在SrTiO3掺Nb单晶的上表面一半的区域均匀涂抹Ag浆，然后将所得样品进行烧结；所述的上表面一半的区域是连续的区域或者不连续的区域；

[0013] (3)Ag电极烧好后，采用直流溅射喷金的方法在上表面未覆盖Ag浆的区域镀上直径为0.2mm的顶点电极Au，得到用于交叉点内存阵列用的电阻开关与选择器共存器件。

[0014] 步骤(2)所述烧结的过程中控制升温速度为2℃/min，烧结采用的温度是650℃，烧结保温时间为120min。

[0015] 上述用于交叉点内存阵列用的电阻开关与选择器共存器件在制备信息存储器件中的应用。

[0016] 与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：本发明简易实施，可重复性极高。

附图说明

[0017] 图1为本发明可用于交叉点内存阵列用的电阻开关与选择器共存器件的结构示意图，从下到上依次包括底电极(1)、SrTiO3掺Nb单晶(2)、顶电极(3)；

[0018] 图2为本发明SrTiO3掺Nb单晶电阻开关器件(测试电极选取两个顶电极，且两个顶电极分别为Ag和Au)在不同电压测试下的I-V曲线图；

[0019] 图3为本发明SrTiO3掺Nb单晶二极管效应器件(测试电极选取两个顶电极，且两个顶电极都为Au)在不同电压测试下的I-V曲线图；

[0020] 图4为本发明SrTiO3掺Nb单晶选择器器件(测试方式为上下电极测量，电极均为Ag)在不同电压测试下的I-V曲线图；

[0021] 图5为本发明SrTiO3掺Nb单晶选择器器件(测试方式为上下电极测量，电极分别为底电极Ag和顶电极Au)在不同电压测试下的I-V曲线图。

具体实施方式

[0022] 下面结合实施例对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

[0023] 如图1是本发明用于交叉点内存阵列用的电阻开关与选择器共存器件结构图所示，阻变器件从下到上依次包括底电极(1)、SrTiO3掺Nb单晶(2)、顶电极(3)。

[0024] 如图2为本发明SrTiO3掺Nb单晶阻变器件(测试电极选取两个顶电极，且两个顶电极分别为Ag和Au)在不同电压测试下的I-V曲线图；该器件均表现出很好的电阻开关特性。

[0025] 如图3为本发明SrTiO3掺Nb单晶二极管效应器件(测试电极选取两个顶电极，且两个顶电极都为Au)在不同电压测试下的I-V曲线图；

[0026] 如图4为本发明SrTiO3掺Nb单晶选择器器件(测试方式为上下电极测量，电极均为Ag)在不同电压测试下的I-V曲线图；

[0027] 如图5为本发明SrTiO3掺Nb单晶选择器器件(测试方式为上下电极测量，电极分别为底电极Ag和顶电极Au)在不同电压测试下的I-V曲线图；

[0028] 实施例1

[0029] 选取SrTiO3掺Nb单晶(Nb的掺杂量为0.5wt％)作为研究对象，将单晶两面进行抛光打磨，厚度在0.5mm，在清洗干净的SrTiO3掺Nb单晶的下表面均匀涂抹Ag浆，Ag浆全覆盖下表面，在SrTiO3掺Nb单晶的上表面一半的区域均匀涂抹Ag浆，然后将所得样品进行650℃烧结以获得Ag电极，上烧结保温时间为120min；Ag电极烧好后，采用直流溅射喷金的方法在上表面未覆盖Ag浆的区域镀上直径为0.2mm的顶点电极Au，得到用于交叉点内存阵列用的电阻开关与选择器共存器件，结构如图1所示。然后对样品进行I-V测试，选取上表面Ag和下表面Ag作为测试电极，即可获得如图4所示的双向选择器特性曲线。

[0030] 实施例2

[0031] 选取SrTiO3掺Nb单晶(Nb的掺杂量为0.5wt％)作为研究对象，将单晶两面进行抛光打磨，厚度在0.5mm，在清洗干净的SrTiO3掺Nb单晶的下表面均匀涂抹Ag浆，Ag浆全覆盖下表面，在SrTiO3掺Nb单晶的上表面一半的区域均匀涂抹Ag浆，然后将所得样品进行650℃烧结以获得Ag电极，上烧结保温时间为120min；Ag电极烧好后，采用直流溅射喷金的方法在上表面未覆盖Ag浆的区域镀上直径为0.2mm的顶点电极Au，得到用于交叉点内存阵列用的电阻开关与选择器共存器件，结构如图1所示。然后对样品进行I-V测试，选取上表面Au和下表面Ag作为测试电极，即可获得如图5所示的单向选择器特性曲线。

[0032] 实施例3

[0033] 选取SrTiO3掺Nb单晶(Nb的掺杂量为0.5wt％)作为研究对象，将单晶两面进行抛光打磨，厚度在0.5mm，在清洗干净的SrTiO3掺Nb单晶的下表面均匀涂抹Ag浆，Ag浆全覆盖下表面，在SrTiO3掺Nb单晶的上表面一半的区域均匀涂抹Ag浆，然后将所得样品进行650℃烧结以获得Ag电极，上烧结保温时间为120min；Ag电极烧好后，采用直流溅射喷金的方法在上表面未覆盖Ag浆的区域镀上直径为0.2mm的顶点电极Au，得到用于交叉点内存阵列用的电阻开关与选择器共存器件，结构如图1所示。然后对样品进行I-V测试，选取两个顶电极Au作为测试电极，即可获得如图3所示的二极管特性曲线。

[0034] 实施例4

[0035] 选取SrTiO3掺Nb单晶(Nb的掺杂量为0.5wt％)作为研究对象，将单晶两面进行抛光打磨，厚度在0.5mm，在清洗干净的SrTiO3掺Nb单晶的下表面均匀涂抹Ag浆，Ag浆全覆盖下表面，在SrTiO3掺Nb单晶的上表面一半的区域均匀涂抹Ag浆，然后将所得样品进行650℃烧结以获得Ag电极，上烧结保温时间为120min；Ag电极烧好后，采用直流溅射喷金的方法在上表面未覆盖Ag浆的区域镀上直径为0.2mm的顶点电极Au，得到用于交叉点内存阵列用的电阻开关与选择器共存器件，结构如图1所示。然后对样品进行I-V测试，选取上表面Ag电极和上表面Au电极作为测试电极，即可获得如图2所示的电阻开关特性曲线。

[0036] 上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。