一種平面結(jié)構(gòu)的阻變存儲器及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于阻變存儲器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種平面結(jié)構(gòu)的阻變存儲器及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體器件特征尺寸的進一步等比例縮小，傳統(tǒng)的閃存技術(shù)將達到尺寸的極限。為進一步提高器件的性能，技術(shù)人員開始對新結(jié)構(gòu)、新材料、新工藝進行積極的探索。近年來，各種新型非揮發(fā)性存儲器得到了迅速發(fā)展。其中，阻變存儲器(RRAM)憑借其結(jié)構(gòu)簡單、微縮能力強、高密度、數(shù)據(jù)保持時間長、可三維集成以及與互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)工藝兼容等優(yōu)勢，受到業(yè)界越來越多的關(guān)注，被認為是極有可能替代靜態(tài)隨機存取存儲器(SRAM)、動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)、閃存(Flash)、硬盤驅(qū)動器(HDD)，成為下一代“通用”存儲器的強有力候選者之一。
[0003]關(guān)于阻變存儲器的阻變機理的研究是當下的一個研究熱點，組變存儲器設(shè)計成平面結(jié)構(gòu)，有助于比較直觀的觀測器件導(dǎo)通時導(dǎo)電細絲(filaments)的形成。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種平面結(jié)構(gòu)的阻變存儲器及其制備方法，以實現(xiàn)對RRAM器件尺寸的精確控制以及有助于對RRAM的機理研究。
[0005]本發(fā)明提供的平面結(jié)構(gòu)的阻變存儲器，具備襯底，形成于所述襯底上的阻變功能層，以及形成于所述阻變功能層的兩端的石墨烯電極。
[0006]作為優(yōu)選，分別在石墨烯電極外側(cè)形成接觸電極。
[0007]作為優(yōu)選，石墨烯電極間的距離為20nm。
[0008]作為優(yōu)選，阻變功能層的材料為Ti02、Ta205、A1203、HfO2、ZnO中的一種，或其中幾種的組合。
[0009]本發(fā)明提供的阻變存儲器制備方法，具有步驟為:
在襯底上形成石墨烯層；
對所述石墨烯層進行圖案化形成石墨烯納米帶；
使所述石墨稀納米帶中形成空隙，形成石墨稀電極對；
在所述石墨烯電極之間形成阻變功能層。
[0010]作為優(yōu)選，在形成所述石墨烯電極之前，在所述石墨烯納米帶兩端形成接觸電極。[0011 ] 作為優(yōu)選，在所述接觸電極兩端施加電壓，使所述石墨烯納米帶斷開形成空隙。
[0012]作為優(yōu)選，所形成的石墨烯納米帶中的空隙為20nm。
[0013]作為優(yōu)選，所述阻變層的材料為Ti02、Ta205、Al203、Hf02、Zn0中的一種，或其中幾種的組合。
[0014]作為優(yōu)選，所述石墨稀納米帶線寬為40?lOOnm。
[0015]作為優(yōu)選，采用低溫原子層沉積技術(shù)生長阻變功能層。
[0016]發(fā)明效果
本發(fā)明中，使用電焦耳熱熔斷的方法在石墨烯納米帶的中間位置獲得幾十納米寬度的空隙，該方法簡單、有效、節(jié)約原材料成本?；贏LD工藝中阻變功能層在石墨稀上的側(cè)向生長特性，巧妙地制備出RRAM器件的阻變功能層。利用石墨烯材料的高迀移率特性，實現(xiàn)阻變存儲器的低功耗運行。此外，RRAM器件的尺寸由石墨烯納米帶的寬度和電焦耳熱熔斷得到的空隙寬度所決定，因此通過調(diào)節(jié)以上二者可以實現(xiàn)對RRAM器件尺寸的精確控制。平面結(jié)構(gòu)的RRAM器件可以比較方便的觀測到導(dǎo)電細絲的形狀，有助于對RRAM的機理研究。
【附圖說明】
[0017]圖1表示制備本發(fā)明的平面結(jié)構(gòu)阻變存儲器的流程圖。
[0018]圖2表示制備/轉(zhuǎn)移石墨烯的流程圖。
[0019]圖3表示形成石墨烯納米帶的流程圖。
[0020]圖4表示在墨烯納米帶兩端形成接觸電極的流程圖。
[0021]圖5表示形成阻變功能層的流程圖。
[0022]圖6表示制備本發(fā)明的平面結(jié)構(gòu)阻變存儲器的過程中各階段的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖7是本發(fā)明的平面結(jié)構(gòu)阻變存儲器俯視圖。
[0024]圖8是本發(fā)明的平面結(jié)構(gòu)阻變存儲器沿A-A方向的剖面圖。
【具體實施方式】
[0025]以下將參照附圖詳細描述本發(fā)明的實施例，在各個附圖中，相同的元件采用類似的附圖標記來表示。以下所述實施例是示例性的，為了簡化本發(fā)明的公開，下文中對特定例子的部件和設(shè)置進行描述。當然，這些僅僅是示例，旨在解釋本發(fā)明而不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，本發(fā)明提供了各種特定的工藝和材料的例子，但是正如本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠理解的那樣，可以不按照這些特定的細節(jié)來實現(xiàn)本發(fā)明。除非在下文中特別指出，器件的各部分均可采用本領(lǐng)域公知的工藝和材料實現(xiàn)。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的結(jié)構(gòu)可以包括第一和第二特征形成為直接接觸的實施例，也可以包括其它的特征形成在第一和第二特征之間的實施例，這樣第一和第二特征可能不是直接接觸。
[0026]以下，根據(jù)附圖1?5所示的流程圖以及附圖6所示的制備平面結(jié)構(gòu)阻變存儲器的過程中各階段的結(jié)構(gòu)示意圖，針對本發(fā)明所涉及的阻變存儲器的實施方式的一例進行說明。
[0027]如圖1所示，在步驟S111中，制備/轉(zhuǎn)移石墨烯。石墨烯的制備方法可以采用目前石墨烯的主要制備方法，如機械剝離法、化學剝離法、SiC外延生長法、化學氣相沉積(CVD)法等。本實施例中采用目前獲得大面積高質(zhì)量、層數(shù)可控的石墨烯的主要方法即化學氣相沉積方法制備石墨烯。化學氣相沉積方法制備石墨烯的方法中可以采用N1、Cu、Pt等低碳溶性金屬作為襯底，本實施例中以銅箔作為襯底。作為具體的一例，如圖2所示，在步驟Sllll中，采用CVD方法在銅箔上生長石墨烯。接下來，將石墨烯轉(zhuǎn)移至目標基底上。石墨烯的主要轉(zhuǎn)移技術(shù)有“基體刻蝕”法、“卷對卷(roll-to-roll)”轉(zhuǎn)移技術(shù)、“電化學轉(zhuǎn)移”技術(shù)、“鼓泡轉(zhuǎn)移”技術(shù)、“干法轉(zhuǎn)移”技術(shù)、“機械剝離”技術(shù)等。襯底可以為本領(lǐng)域常用襯底，如玻璃襯底、藍寶石襯底、石英襯底、塑料襯底、硅襯底或者聚萘二甲酸乙二醇酯襯底等。優(yōu)選為硅襯底。本實施例中，采用常規(guī)的“基體刻蝕”方法實現(xiàn)將上述在銅箔上生長的石墨烯轉(zhuǎn)移至包括硅基底101和氧化硅層102的襯底上。作為具體的一例，在圖2所示的步驟S1112中，在石墨烯上旋涂上聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。在步驟S1113中，烘烤后放置到FeCl3S液或者硫酸銅溶液中溶解掉石墨烯下方的銅箔。在步驟S1114中，將聚甲基丙烯酸甲酯/石墨稀轉(zhuǎn)移至Si02/Si襯底。在步驟S1115中，將PMMA/石墨稀/Si02/Si結(jié)構(gòu)經(jīng)標準清洗工藝清洗并烘干，依次放入丙酮、酒精中，將聚甲基丙烯酸甲酯溶解掉，得到石墨烯103/氧化硅層102/硅基底101的復(fù)合體。在步驟S1116中，采用N2/H2混合氣體350°C退火進一步去除殘留的丙酮和有機物，得到如圖6 (a)所示的結(jié)構(gòu)。但是，本發(fā)明不限于此，當然可以采用本領(lǐng)域公知的石墨烯制備和轉(zhuǎn)移方法在目標襯底上形成石墨烯。
[0028]接下來，返回圖1，在步驟S112中，形成石墨烯納米帶105。作為具體的一例，如圖3所示，在所示的步驟S1121中，在轉(zhuǎn)移完成后的石墨烯103上旋涂負型電子束光刻膠。在步驟S1122中，曝光出50nm線寬的納米帶圖形104，得到如圖6 (b)所示的結(jié)構(gòu)。在步驟S1123中，采用氧氣等離子刻蝕方法刻蝕露出部分的石墨烯。優(yōu)選地，上述刻蝕工藝中功率設(shè)為100W，時間為15s，氧氣流量為15SCCm。在步驟S1124中，去膠后得到50nm線寬的石墨稀納米帶105，如圖6 (c)所示。但是，本發(fā)明不限定于此，石墨稀納米帶105的線寬可