一种可控自毁阻变存储器阵列的实现方法

摘要

本发明提出了一种可控自毁阻变存储器阵列的实现方法，该阻变存储器阵列中的阻变存储单元具有自整流特性，可以克服交叉存储阵列的漏电流，使得该阻变存储器可以方便构建交叉存储阵列；同时阻变存储器单元的自建整流二极管可以通过电脉冲可控消除，可以实现破坏储阵列正常读写的功能，使得构建的阻变存储阵列具有可控自毁的特性，在敏感数据存储领域具有应用价值。本发明具有自整流和自整流消除特性，在微纳电子学，数据存储等领域具有应用前景。

权利要求

1.一种可控自毁阻变存储器阵列的实现方法，其特征在于，包括：

1)制备石墨烯下电极、MoO3介质层和金属上电极，石墨烯是单层或是多层，MoO3介质层厚度在2nm-1000nm之间；形成具有自整流特性的阻变存储器阵列；

2)在阻变存储器阵列由高阻态转变成低阻态的过程中，对上述阻变存储器阵列中的存储单元延长电平的设置时间为30微秒—3秒，或是加大电平的电压值为0.5V-10V，或同时施加上述设置时间和上述电压值，实现阻变存储器阵列的自毁。

2.如权利要求1所述的实现方法，其特征在于，步骤1)石墨烯是采用湿法或是干法转移方法制备；或是采用化学气相沉积(CVD)或是等离子增强化学气相沉积直接生长的石墨烯。

3.如权利要求1所述的实现方法，其特征在于，步骤1)中，采用湿法或是干法转移的方法将MoO3转移到石墨烯下电极表面；或采用化学气相沉积(CVD)、等离子增强化学气相沉积、原子层沉积(ALD)或是物理气相沉积(PVD)的方式生长或沉积MoO3。

4.如权利要求1所述的实现方法，其特征在于，步骤1)中，在MoO3上涂上光刻胶，光刻、显影形成上电极接触区域，然后利用热蒸发、溅射方式镀上铂、金、钨或镍金属，最后放入丙酮中剥离掉不需要的金属部分，形成金属上电极。

5.如权利要求1所述的实现方法，其特征在于，步骤1)中，利用铂、金或钨金属做成的针尖，直接扎在MoO3表面或是刺入一定的深度，形成上电极。

6.如权利要求1所述的实现方法，其特征在于，步骤1)制备完成的阻变存储阵列中的存储单元的结构是垂直结构、横向结构、包裹结构、横向环形结构或半包裹结构。

说明书

一种可控自毁阻变存储器阵列的实现方法

技术领域

[0001] 本发明提出了一种可控自毁阻变存储器阵列制备领域，在微纳电子学，数据存储等领域具有应用前景。

背景技术

[0002] 阻变式存储器具有结构简单、低功耗、读写速度快等优点，有前景成为下一代信息存储器，其中具有自整流特性的阻变存储器不仅可以实现高密度的数据存储而且可以克服交叉存储阵列的漏电流，因而受到工业界和科学界的关注。

[0003] 相对于传统材料(硅等)，石墨烯(graphene)等二维材料表现出许多优异的特性，对未来电子学发展具有重要意义。三氧化钼(MoO3)由于其容易缺失氧离子而形成氧空位导电通道，具有成为阻变存储器介质材料的潜能。三氧化钼存在多种缺失氧空位的形态，与石墨烯的接触可以是整流接触或是欧姆接触。

发明内容

[0004] 本发明目的在于提出一种可控自毁阻变存储器阵列的实现方法。

[0005] 本发明可通过如下技术方案实现：

[0006] (1)石墨烯下电极的制备：可以直接使用石墨做下电极。可以采用湿法或是干法转移的方法将石墨烯薄膜转移到绝缘体或半导体或金属衬底表面。也可以采用化学气相沉积(CVD)或是等离子增强化学气相沉积直接在衬底表面生长石墨烯薄膜。该石墨烯可以是单层或是多层。

[0007] (2)MoO3介质层的制备：可以采用湿法或是干法转移的方法将MoO3转移到石墨烯电极表面，也可以转到石墨烯边缘与石墨烯形成横向接触。也可以采用化学气相沉积(CVD)或是等离子增强化学气相沉积或是原子层沉积(ALD)或是物理化学气相沉积(PVD)的方式生长或沉积MoO3。MoO3的厚度通常在2nm-1000nm之间。

[0008] (3)金属上电极的制备：在MoO3上涂上光刻胶，光刻、显影形成上电极接触区域，然后利用热蒸发或是溅射方式镀上铂或金或钨或镍等金属，最后放入丙酮中剥离掉不需要的金属部分，形成金属上电极。或是利用铂或金或钨等金属做成的针尖，直接扎在MoO3表面或是刺入一定的深度，形成上电极。制备完成的单个阻变存储器单元的结构具有多样性：可以是垂直结构，如图1(a)和(b)所示；可以是横向结构如图1(c)所示；可以是包裹结构，如图1(d)和(e)所示；可以是横向环形结构，如图1(f)和(g)所示；也可以是半包裹结构如图1(h)和(i)所示。阻变存储阵列是由这些阻变存储器单元构成的交叉阵列。

[0009] (4)自整流二极管的构建：由于MoO3与石墨烯的界面接触特性为整流接触，上述阻变存储器结构具有自建整流二极管的特性，并不需要额外添加整流二极管。

[0010] (5)可控自毁：(可控消除自整流特性)

[0011] 在阻变存储阵列中的存储单元由高阻态转变成低阻态的过程中(设置过程)，延长施加在阻变存储阵列中的存储单元上设置电平的时间，约为正常设置时间的30倍,即正常设置时间与MoO3的厚度和设置电压值大小有关，通常正常设置时间在1微秒到1秒之间，或是加大设置电平的电压值，约为正常设置电压的5倍,即正常设置电平值与MoO3的厚度有关，通常正常设置电平的绝对值在0.1V到10V之间，或是上述两种方式同时使用，使得与石墨烯接触部分的MoO3性质改变，从而改变MoO3与石墨烯接触界面的特性，使得MoO3与石墨烯的接触变为欧姆接触，从而消除了自建整流二极管。该操作可控消除整流效应，从而使得交叉存储阵列存在漏电，无法正常读取数据。

[0012] 本发明的技术效果如下：

[0013] 本发明是一种可控自毁阻变存储器阵列制备方法。利用MoO3和Graphene的特性，可以实现具有自整流特性的阻变存储阵列，同时该阻变存储阵列具有可控消除自建的整流二极管而实现破坏储阵列正常读写的功能。

附图说明

[0014] 图1是本发明的阻变存储阵列中的单个阻变存储器单元的结构示意图；其中，(a)是一垂直结构；(b)是另一垂直结构；(c)是一横向结构；(d)是一包裹结构；(e)是另一包裹结构；(f)是横向环形结构(g)是另一横向环形结构；(h)是一半包裹结构；(i)是另一半包裹结构；

[0015] 1—上电极金属，2—MoO3，3—金属电极，4—石墨烯下电极。

[0016] 图2是制备的一种MoO3/石墨烯结构的原子力显微镜形貌图片；高亮的块状是MoO3，背景是石墨烯。

[0017] 图3是采用导电原子力显微镜(CAFM)针尖(镀铂电极)做上电极构成的单个阻变存储器单元结构示意图；

[0018] 图4是CAFM测试的具有自整流效应的MoO3/Graphene阻变存储器的电滞回线；

[0019] 图5是MoO3/Graphene阻变存储器消除自整流效应之后的电滞回线，可以看出，不再具有整流效应。

具体实施方式

[0020] 下面通过实例对本发明做进一步说明。需要注意的是，公布实施例的目的在于帮助进一步理解本发明，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换和修改都是可能的。因此，本发明不应局限于实施例所公开的内容，本发明要求保护的范围以权利要求书界定的范围为准。

[0021] 实例1：铂/MoO3/石墨烯/铜可控自毁阻变存储阵列的制备。

[0022] 1)石墨烯电极的制备：

[0023] 使用微加工工艺在绝缘衬底表面制备500nm厚、10微米宽的铜金属线条作为存储器阵列的位线。采用PECVD制备石墨烯工艺，在铜金属表面生长石墨烯，形成石墨烯下电极。这些下电极条作为存储阵列的位线。

[0024] 2)MoO3介质层的制备：

[0025] 用氩气或氮气等惰性气体做载气，利用PVD将MoO3沉积在石墨烯表面。PVD过程中MoO3粉末放置在石墨烯/云母衬底的上游0.5cm到1000cm地方，温度控制在300摄氏度到800摄氏度之间。制备厚30nm的MoO3薄膜。

[0026] 3)金属上电极的制备：

[0027] 在制备的样品表面涂上光刻胶，光刻、显影形成上电极接触区域，然后利用热蒸发或是溅射方式镀上铂金属，最后放入丙酮中剥离掉不需要的金属部分，剩下的铂金属条构成存储阵列的字线。

[0028] 4)可控自毁(存储器的自建整流管的消除)：

[0029] 可以通过可控消除自建整流管，使得存储器阵列无法正常工作，起到避免数据外泄的作用。操作方式如下：石墨烯下电极接负电压-10V，铂金属电极接地电压，施加此电压应力15秒，使得MoO3与石墨烯的接触变成欧姆接触，从而消除自整流的二极管。

[0030] 实例2：铂/MoO3/石墨烯/镍可控自毁阻变存储阵列的制备。

[0031] 1)镍表面石墨烯的制备：使用微加工工艺在绝缘衬底表面制备100nm厚、10微米宽的镍金属线条作为存储器阵列的位线。采用CVD制备石墨烯工艺，在镍金属表面生长多层石墨烯，形成石墨烯下电极。

[0032] 2)MoO3介质层的制备：采用热蒸发的方式，在样品表面蒸发一层20nm厚的MoO3电介质。

[0033] 3)铂金属字线的的制备

[0034] 将制备的样品表面旋涂上一层PMMA胶，光刻、显影之后露出接触部分。将样品放入电子束蒸发金属设备的腔体中，蒸镀50nm的铂金属。然后取出样品放入丙酮中，剥离掉非接触部分的铂金属，剩下的铂金属条构成存储阵列的字线。

[0035] 4)存储器的自建整流管的消除(即使得交叉存储阵列漏电，无法正常读取数据)：

[0036] 可以通过可控消除自建整流管，使得存储器阵列无法正常工作，起到避免数据外泄的作用。操作方式如下：石墨烯下电极接负电压-5V，铂金属电极接地电压，施加此电压应力10秒，使得与石墨烯接触部分的MoO3性质改变，MoO3与石墨烯的接触变成欧姆接触，从而消除自整流的二极管。

[0037] 虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。