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CN102185107A - 一种电阻式随机存储元件及其制备方法 - Google Patents

一种电阻式随机存储元件及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电阻式随机存储元件及其制备方法，属新型非易失性存储器技术领域。该电阻式随机存储元件由导电衬底、NiFe2O4薄膜和导电顶电极构成。该存储元件的制备方法是用真空镀膜技术在NiFe2O4薄膜表面镀上导电顶电极制备而成。NiFe2O4薄膜的制备方法采用化学溶液沉积法或脉冲激光沉积法等。本发明中NiFe2O4电阻式随机存储元件在电压连续扫描模式下表现出优异的高低电阻态转变特性，高低电阻态的转变电压稳定，且具有优异的保持特性和连续循环读写能力。这些优异特性表明本发明在非易失性存储器技术领域具有潜在的应用价值。

Description

一种电阻式随机存储元件及其制备方法
技术领域
本发明涉及非易失性存储器技术领域，具体涉及一种基于NiFe2O4薄膜电阻式随机存储特性的非易失性存储元件及其制备方法。
背景技术
目前，Flash memory(闪存)随着电子器件工艺集成度的提高，它所具有的操作电压高、写入速度慢、耐久力差等趋近于该器件物理极限的缺点越来越明显。同时，新型的非易失性存储器受到科学界与工业界越来越多的关注。电阻式随机存储器是一种新型的非易失性存储器，它具有结构简单、非破坏性读取、读写速度快、存储密度高、功耗低、保持时间长、与半导体工艺兼容性好等特性，在非易失性随机存储器领域具有良好的应用前景。
一些过渡金属氧化物、硫化物和钙钛矿化合物等材料中具有双稳态阻值变化的特性，可被开发为电阻式随机存储器，受到广泛的研究。
NiFe2O4是一种重要的软磁铁氧体材料，在催化剂、传感器、微波器件与磁性材料中具有重要的用途。然而，现还未见有关NiFe2O4薄膜的非易失性电阻式随机存储特性的研究报道。
目前，薄膜材料的制备方法主要分为化学沉积法和物理沉积法，前者如化学气相沉积法、化学溶液沉积法等；后者如热蒸发、溅射法、分子束外延法等。
发明内容
本发明的目的在于根据现有技术中的上述缺陷，提供一种NiFe2O4电阻式随机存储元件。
本发明的另一目的是提供上述NiFe2O4电阻式随机存储元件的制备方法。
本发明通过以下技术方案实现上述目的：
一种电阻式随机存储元件，由导电衬底、电阻存储薄膜和导电顶电极构成，所述电阻存储薄膜为NiFe2O4薄膜。
所述导电衬底优选为ITO或Pt，或者自行制备一些导电薄膜衬底，导电顶电极优选为Pt、Au或Cu电极。
所述NiFe2O4薄膜厚度为1~1000nm。
上述电阻式随机存储元件的制备方法，是采用真空镀膜技术，在NiFe2O4薄膜表面镀上导电顶电极，构成NiFe2O4薄膜三明治结构的电阻式随机存储元件。
所述NiFe2O4薄膜制备方法为化学溶液沉积法或脉冲激光沉积法。
所述化学溶液沉积法由以下步骤组成：制备NiFe2O4前驱液，将其旋转涂覆于导电衬底上，制备NiFe2O4前驱膜，对前驱膜进行热处理，处理温度为400~800℃，优选温度为500~800℃，时间为1~60分钟。
所述NiFe2O4前驱液是由Fe(NO3)3·9H2O和C4H6NiO4·4H2O为溶质，加入由乙二醇甲醚和冰醋酸按2:1体积比组成的混合溶液中，室温搅拌至完全溶解得到。
所述脉冲激光沉积法是在导电衬底上制备NiFe2O4薄膜，衬底温度为400~800℃，沉积时间为1~60分钟。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的电阻式随机存储元件具有优异的高低电阻态转变特性，高低电阻态的转变电压稳定，且具有优异的记忆保持特性和连续循环读写能力。
NiFe2O4薄膜的电阻式随机存储元件，具有稳定的电阻式随机存储开启和关闭电压，有利于存储元件读写时电压的选择；
本发明所述的具有电阻式随机存储性能的NiFe2O4薄膜制备方法多，性能优异，易于科学研究与工业生产。
附图说明
图1.基于Pt衬底的NiFe2O4薄膜电阻式随机存储元件的三明治结构示意图；
图2.基于ITO衬底的NiFe2O4薄膜电阻式随机存储元件的三明治结构示意图；
图3.Pt/ NiFe2O4/Pt电阻式随机存储元件的存储特性示意图；
图4.Pt/ NiFe2O4/Pt电阻式随机存储元件的反复连续读取高低阻态示意图。
具体实施方案
以下通过实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例1  化学溶液沉积法制备NiFe2O4电阻式随机存储元件
1. NiFe2O4前驱液的制备：NiFe2O4前驱液的溶剂是32ml乙二醇甲醚和16ml冰醋酸的混合溶液，溶质为8.2030g九水合硝酸铁（Fe(NO3)3·9H2O）和2.5392g四水合醋酸镍（C4H6NiO4·4H2O），室温下搅拌6小时至完全溶解，即得到50ml的0.2mol/L的NiFe2O4前驱液。
2. NiFe2O4前驱膜的制备：将NiFe2O4前驱液旋转涂覆于Pt衬底上，调节旋转涂覆参数为3000rpm，每次旋转涂覆的预处理温度为300℃，旋转涂覆的次数为8次，即得到NiFe2O4前驱膜。
3. NiFe2O4前驱膜热处理：将制备的NiFe2O4前驱膜在700℃进行热处理1小时，即完成NiFe2O4薄膜的制备，薄膜厚度为450nm。
4. 制备NiFe2O4薄膜三明治结构：采用真空镀膜和掩膜技术，在NiFe2O4薄膜表面镀上Pt电极，即制备出NiFe2O4薄膜存储元件，Pt/ NiFe2O4/Pt电阻式随机存储单位如图1所示。
5. 利用Keithley 236分析仪测试Pt/ NiFe2O4/Pt电阻式随机存储元件的电流-电压特性、循环特性与保持特性。两个测试探针分别连接到上述存储元件的顶电极和底电极，在电压连续扫描模式下，测试得出存储元件的电流-电压存储特性曲线，如图3所示。采用脉冲信号测试出该存储元件的循环特性与保持特性，如图4所示。
实施例2  化学溶液沉积法制备NiFe2O4电阻式随机存储元件
1. NiFe2O4前驱液的制备：NiFe2O4前驱液的溶剂是32ml乙二醇甲醚和16ml冰醋酸的混合溶液，溶质为8.2030g九水合硝酸铁（Fe(NO3)3·9H2O）和2.5392g四水合醋酸镍（C4H6NiO4·4H2O），室温下搅拌6小时至完全溶解，即得到50ml的0.2mol/L 的NiFe2O4前驱液。
2. NiFe2O4前驱膜的制备：将NiFe2O4前驱液旋转涂覆于Pt衬底上，调节旋转涂覆参数为3000rpm，每次旋转涂覆的预处理温度为300℃，旋转涂覆的次数为4次，即得到NiFe2O4前驱膜。
3. NiFe2O4前驱膜热处理：将制备的NiFe2O4前驱膜在400℃进行热处理1小时，即完成NiFe2O4薄膜的制备，厚度为280nm。
4. 制备NiFe2O4薄膜三明治结构：采用真空镀膜和掩膜技术，在NiFe2O4薄膜表面镀上Au电极，即制备出Au/ NiFe2O4/Pt薄膜存储元件。
5. 利用Keithley 236分析仪测试Au / NiFe2O4/Pt电阻式随机存储元件的电流-电压特性、循环特性与保持特性。制备的NiFe2O4薄膜存储元件与该元件的电流-电压特性、循环特性与保持特性与图1、图3和图4类似。
实施例3  脉冲激光沉积法制备NiFe2O4电阻式随机存储元件
1. NiFe2O4薄膜的制备，选择NiFe2O4陶瓷靶材，利用脉冲激光沉积法在导电衬底Pt上制备NiFe2O4薄膜。激光能量为300 mJ/cm2，频率为5Hz，气压为50 Pa，温度为500℃，沉积时间为1小时，即制备成NiFe2O4薄膜，厚度为300nm。
2. 制备NiFe2O4薄膜三明治结构：采用真空镀膜和掩膜技术，在NiFe2O4薄膜表面镀上Cu电极，即制备出Cu/ NiFe2O4/Pt电阻式随机存储元件。
3. 利用Keithley 236分析仪测试Cu / NiFe2O4/Pt电阻式随机存储元件的电流-电压特性、循环特性与保持特性。制备的NiFe2O4薄膜存储元件与该元件的电流-电压特性、循环特性与保持特性与图1、图3和图4类似。
实施例4  脉冲激光沉积法制备NiFe2O4电阻式随机存储元件
1. NiFe2O4薄膜的制备，选择NiFe2O4陶瓷靶材，利用脉冲激光沉积法在导电衬底ITO上制备NiFe2O4薄膜。激光能量为300 mJ/cm2，频率为5Hz，气压为50 Pa，温度为700℃，沉积时间为1小时，即制备成NiFe2O4薄膜，厚度为300nm。
2. 制备NiFe2O4薄膜三明治结构：采用真空镀膜和掩膜技术，在NiFe2O4薄膜表面镀上Pt电极，即制备出Pt/ NiFe2O4/ITO电阻式随机存储元件。
3. 利用Keithley 236分析仪测试Pt / NiFe2O4/ITO电阻式随机存储元件的电流-电压特性、循环特性与保持特性。制备的NiFe2O4薄膜存储元件与该元件的电流-电压特性、循环特性与保持特性与图2、图3和图4类似。

Claims (8)

1.一种电阻式随机存储元件，由导电衬底、电阻存储薄膜和导电顶电极构成，其特征在于所述电阻存储薄膜为NiFe2O4薄膜。
2.根据权利要求1所述的电阻式随机存储元件，其特征在于所述NiFe2O4薄膜厚度为1~1000nm。
3.根据权利要求1所述的电阻式随机存储元件，其特征在于所述导电衬底为ITO或Pt，导电顶电极为Pt、Au或Cu电极。
4.权利要求1所述电阻式随机存储元件的制备方法，是采用真空镀膜技术，在NiFe2O4薄膜表面镀上导电顶电极，构成NiFe2O4薄膜三明治结构的电阻式随机存储元件。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于所述NiFe2O4薄膜的制备方法为化学溶液沉积法或脉冲激光沉积法。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于所述化学溶液沉积法由以下步骤组成：制备NiFe2O4前驱液，将其旋转涂覆于导电衬底上，制备NiFe2O4前驱膜，对前驱膜进行热处理，处理温度为400~800℃，时间为1~60分钟。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于所述NiFe2O4前驱液是由Fe(NO3)3·9H2O和C4H6NiO4·4H2O为溶质，加入由乙二醇甲醚和冰醋酸按2:1体积比组成的混合溶液中，室温搅拌至完全溶解得到。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于所述脉冲激光沉积法是在导电衬底上制备NiFe2O4薄膜，衬底温度为400~800℃，沉积时间为1~60分钟。
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