一種基于陷阱態(tài)調(diào)控的非易失性多比特微/納米阻變存儲(chǔ)器及使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及微/納米材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種利用陷阱態(tài)調(diào)控電阻態(tài)的非易失性多比特微/納米阻變存儲(chǔ)器，可在無需構(gòu)筑柵電壓和特殊器件結(jié)構(gòu)的情況下，將根據(jù)不同大小的電信號(hào)進(jìn)行信息的讀取、寫入、存儲(chǔ)及擦除。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，在各種新型非易失性存儲(chǔ)器件中，阻變存儲(chǔ)器由于其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、能耗低、響應(yīng)速度快、重復(fù)讀寫性好、信息存儲(chǔ)時(shí)間長(zhǎng)、非破壞性讀取、可拓展組裝及CMOS工藝可兼容等優(yōu)點(diǎn)，受到了國(guó)內(nèi)外科學(xué)家廣泛的關(guān)注。電阻開關(guān)效應(yīng)作為阻變存儲(chǔ)器中關(guān)鍵的物理現(xiàn)象，被廣泛的發(fā)現(xiàn)于電解質(zhì)材料、鈣鈦礦材料、透明金屬氧化物中。電阻開關(guān)器件的電流電壓特性曲線隨電壓變化能夠在高阻態(tài)和低阻態(tài)之間快速的轉(zhuǎn)變。雖然電阻開關(guān)效應(yīng)已經(jīng)被清楚的觀察到，然而其機(jī)理仍然在不斷的研究中，目前研究得出的可能導(dǎo)致電阻開關(guān)的機(jī)理有有燈絲效應(yīng)、氧空位迀移、電子躍迀傳導(dǎo)、肖特基隧道調(diào)制、Poole-Frenkel激發(fā)等等。最近研究者在具有電阻開關(guān)效應(yīng)的一維納米材料中觀察到了負(fù)差分電阻效應(yīng)。此外，背對(duì)背的電阻開關(guān)效應(yīng)也在兩端為相同金屬電極的一維納米結(jié)構(gòu)器件中發(fā)現(xiàn)，這種效應(yīng)基于表面陷阱態(tài)的對(duì)注入電子的局域作用可長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)電荷及電子。為了實(shí)現(xiàn)非易失型阻態(tài)存儲(chǔ)效果，James M.Tour課題組將單壁碳納米管的兩端焊接在Si02/Si襯底上，并在底部構(gòu)建一個(gè)柵電極。在柵電壓的作用下電荷在碳納米管和S12界面被俘獲。這種基于單根一維單壁碳納米管結(jié)構(gòu)的納米器件具有電阻開關(guān)效應(yīng)，以及非易失性存儲(chǔ)功能。Ting Yu課題組將單根一維ZnO納米線焊接在鐵電Pb(ZrQ.3TiQ.7)03薄膜上，構(gòu)筑成具有柵電極的場(chǎng)效應(yīng)管(FET)，其存儲(chǔ)效果可通過柵電壓有效的被調(diào)控。Wooyoung Shim等人在單根一維Ge/Si核殼納米線上構(gòu)筑兩個(gè)疊加的柵電極，所構(gòu)筑的內(nèi)層的柵電極可控制電阻的開關(guān)，外層?xùn)烹姌O具有調(diào)節(jié)阻態(tài)的作用。所構(gòu)筑的器件具有多比特阻變存儲(chǔ)器的效果，同時(shí)其開關(guān)比大，穩(wěn)定時(shí)間長(zhǎng)，可被整合應(yīng)用于邏輯電路中Jinghui Cao等在GeSe2摻入Bi形成有序的超結(jié)構(gòu)納米帶。在高電壓下，電子從Bi雜質(zhì)能級(jí)跳躍至導(dǎo)帶，空間電荷極化作用下，躍迀出來的電子局域在空間電荷區(qū)中，而電子躍迀留下空的陷阱一直被保持。這使得由單根GeSe2 = Bi納米帶構(gòu)筑的二端焊接Ag電極納米器件在具有負(fù)差分電阻開關(guān)的同時(shí)還可作為非易失型阻變存儲(chǔ)器。
[0003]雖然國(guó)內(nèi)外研究者在非易失性阻變存儲(chǔ)器方面已經(jīng)獲得了一些成果，然而為了獲得非易失性多比特存儲(chǔ)性能，研究者在設(shè)計(jì)器件時(shí)會(huì)構(gòu)建柵電壓或設(shè)計(jì)特殊器件結(jié)構(gòu)，少數(shù)不需要構(gòu)建柵電壓或特殊器件結(jié)構(gòu)的阻變存儲(chǔ)器也只有兩個(gè)阻態(tài)，很難實(shí)現(xiàn)多比特存儲(chǔ)性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種基于陷阱態(tài)調(diào)控的非易失性多比特微/納米阻變存儲(chǔ)器，是一種無需構(gòu)筑柵電壓和特殊器件結(jié)構(gòu)的，非易失性多比特微/納米阻變存儲(chǔ)器，能夠響應(yīng)不同電場(chǎng)信號(hào)并長(zhǎng)時(shí)間存儲(chǔ)，可實(shí)現(xiàn)電場(chǎng)信號(hào)的多比特存儲(chǔ)以及克服現(xiàn)有非易失性多比特記憶存儲(chǔ)器對(duì)柵電壓及特殊器件結(jié)構(gòu)的依賴，
本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0005]本發(fā)明所述的一種基于陷阱態(tài)調(diào)控的非易失性多比特微/納米阻變存儲(chǔ)器，包括絕緣襯底(101)、單根Sn元素?fù)诫s的ZnO—維微/納米線(102)、電極一(103)、電極二(104)、導(dǎo)線一(105)、導(dǎo)線二(106)、封裝材料(107)。單根Sn元素?fù)诫s的ZnO—維微/納米線(102)放置在絕緣襯底(101)上，單根Sn元素?fù)诫s的ZnO—維微/納米線(102)兩端分別焊接電極一
(103)和電極二(104)，電極一(103)和電極二(104)分別連接導(dǎo)線一(105)和導(dǎo)線二(106);封裝材料(107)將整個(gè)單根Sn元素?fù)诫s的ZnO—維微/納米線(102)、電極一(103)和電極二
(104)封裝在絕緣襯底(101)上。
[0006]優(yōu)選地，所述的單根Sn元素?fù)诫s的ZnO—維微/納米線為ZnO晶格中摻入Sn元素雜質(zhì)缺陷的一維微/納米線。
[0007]優(yōu)選地，所述絕緣基底為氧化鋁陶瓷基底、氮化鋁陶瓷基底或氮化硅陶瓷基底。
[0008]優(yōu)選地，所述的金屬電極為鋁、銀或鉑。
[0009]優(yōu)選地，所述的封裝材料為環(huán)氧樹脂、氨基甲酸乙酯、聚二甲基硅氧烷或聚甲基丙烯酸甲酯。
[0010]本發(fā)明所述的微/納米阻變存儲(chǔ)器工作時(shí)，可將導(dǎo)線一(105)和導(dǎo)線二(106)與函數(shù)功能發(fā)生器(108)連接。
[0011]本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種使用上述非易失性多比特微/納米阻變存儲(chǔ)器對(duì)不同電場(chǎng)信號(hào)的響應(yīng)、存儲(chǔ)、擦除的方法。
[0012](I) 一種基于陷阱態(tài)調(diào)控的非易失性多比特微/納米阻變存儲(chǔ)器的信息寫入方法，其特征是在微/納米阻變存儲(chǔ)器兩端電極之間施加1V-10V內(nèi)任一寫入電壓。
[0013](2)—種基于陷阱態(tài)調(diào)控的非易失性多比特微/納米阻變存儲(chǔ)器的非易失性多比特的存儲(chǔ)方法，其特征是在所述的微/納米阻變存儲(chǔ)器兩端電極之間施加1V-10V內(nèi)任一寫入電壓，然后撤去寫入電壓并施加0.5V讀取電壓。
[0014](3)—種基于陷阱態(tài)調(diào)控的非易失性多比特微/納米阻變存儲(chǔ)器的信息擦除方法，其特征是在微/納米阻變存儲(chǔ)器兩端電極之間施加1V-10V內(nèi)任一寫入電壓，然后撤去寫入電壓并施加0.5V讀取電壓，再將微/納米阻變存儲(chǔ)器放置于70°C環(huán)境中，隨后放置于室溫環(huán)境中。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)。
[0016](I)應(yīng)用上的新突破。本發(fā)明利用陷阱態(tài)中電子的調(diào)制作用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)電場(chǎng)信息的響應(yīng)及存儲(chǔ);所述的微/納米阻變存儲(chǔ)器能夠有識(shí)別IV至12V內(nèi)任一電壓，根據(jù)電壓的大小有區(qū)別的將信號(hào)存儲(chǔ)于所述的微/納米阻變存儲(chǔ)器中，實(shí)現(xiàn)多比特存儲(chǔ)性能。
[0017](2)工藝簡(jiǎn)便、體積小、輕巧便攜、兼容性好。本發(fā)明的微/納米阻變存儲(chǔ)器無需構(gòu)建柵電壓和特殊器件結(jié)構(gòu)就可獲得非易失的和多比特的存儲(chǔ)性，簡(jiǎn)化了生產(chǎn)工序，節(jié)約能源消耗;本發(fā)明的微/納米阻變存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、制作工藝簡(jiǎn)單、成本低廉，且無需特殊的工作環(huán)境，具有很好的環(huán)境兼容性。
[0018](3)高效利用。本發(fā)明的微/納米阻變存儲(chǔ)器無需大規(guī)模、高強(qiáng)度的能量輸入，僅需放置大氣環(huán)境中即可;本發(fā)明的微/納米阻變存儲(chǔ)器能夠?qū)㈦妶?chǎng)信號(hào)重復(fù)寫入-存儲(chǔ)-擦除，使阻變存儲(chǔ)器可循環(huán)利用;本發(fā)明的微/納米阻變存儲(chǔ)器具有多比特存儲(chǔ)性能，增加了存儲(chǔ)密度，實(shí)現(xiàn)能源的高效利用。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明的微/納米阻變存儲(chǔ)器的一種典型結(jié)構(gòu)示意圖。其中，101為絕緣襯底、102為單根Sn元素?fù)诫s的ZnO—維微/納米線、103為電極一、104為電極二、105為導(dǎo)線一、106為導(dǎo)線二、107為封裝材料、108為函數(shù)功能發(fā)生器。
[0020]圖2為本發(fā)明的微/納米阻變存儲(chǔ)器在2￥、4￥、6￥、8￥、10￥電壓寫入后，存儲(chǔ)性能測(cè)試，圖片上部的實(shí)線部分為測(cè)試過程中的電流，圖片下部的虛線部分為測(cè)試過程中的操作電壓。
[0021]圖3為本發(fā)明的微/納米阻變存儲(chǔ)器在2￥、4￥、6￥、8￥、10￥電壓寫入后，電流隨時(shí)間變化圖。
[0022]圖4為本發(fā)明的微/納米阻變存儲(chǔ)器在2V下的重復(fù)讀寫性能測(cè)試曲線，圖片上部的實(shí)線部分為測(cè)試過程中的電流，圖片下部的虛線部分為測(cè)試過程中的操作電壓。
[0023]圖5為本發(fā)明的微/納米阻變存儲(chǔ)器在4V下的重復(fù)讀寫性能測(cè)試曲線，圖片上部的實(shí)線部分為測(cè)試過程中的電流，圖片下部的虛線部分為測(cè)試過程中的操作電壓。
[0024]圖6為本發(fā)明的微/納米阻變存儲(chǔ)器在6V下的重復(fù)讀寫性能測(cè)試曲線，圖片上部的實(shí)線部分為測(cè)試過程中的電流，圖片下部的虛線部分為測(cè)試過程中的操作電壓。
[0025]圖7為本發(fā)明的微/納米阻變存儲(chǔ)器在8V下的重復(fù)讀寫性能測(cè)試曲線，圖片上部的實(shí)線部分為測(cè)試過程中的電流，圖片下部的虛線部分為測(cè)試過程中的操作電壓。
[0026]圖8為本發(fā)明的微/納米阻變存儲(chǔ)器在1V下的重復(fù)讀寫性能測(cè)試曲線，圖片上部的實(shí)線部分為測(cè)試過程中的電流，圖片下部的虛線部分為測(cè)試過程中的操作電壓。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面將結(jié)合實(shí)施例和附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例，基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)范圍。
[0028]其次，本發(fā)明結(jié)合示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實(shí)施例時(shí)，為便于說明，所述示意圖只是示例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0029]本發(fā)明提供一種微/納米阻變存儲(chǔ)器，在無需柵壓和特殊器件結(jié)構(gòu)的情況下，能夠響應(yīng)IV至1V內(nèi)任一電壓，根據(jù)兩端電極之間電壓的大小有區(qū)別的將電信號(hào)存儲(chǔ)于所述的微/納米阻變存儲(chǔ)器中，實(shí)現(xiàn)非易失性多比特存儲(chǔ)性能。本發(fā)明的一種微/納米阻變存儲(chǔ)器利用單根Sn元素?fù)诫s的ZnO微/納米