专利摘要
本发明公开了一种基于GeTe的双功能器件及其制备方法，所述器件包括三层结构：顶电极、薄膜介质层和底电极。所述顶电极为W；所述薄膜介质层为GeTe薄膜；所述底电极的材料为选自ITO、FTO、ZTO、TaN或者TiN中的任一种。所述顶电极，薄膜介质层，底电极都是通过磁控溅射的方法制备。通过控制操作电流的大小使GeTe薄膜介质层发生不同的阻态切换从而实现常规阻变功能或互补型阻变功能。本发明提出的双功能器件的常规阻变功能可用作常规记忆存储元件，互补型阻变功能可以有效解决阻变存储器十字交叉阵列中的电流串扰问题，通过合理地控制操作电流的大小，将两种功能相互转换，大大了提高器件的应用范围。
权利要求
1.一种基于GeTe的双功能器件，其特征在于：所述器件包括三层结构：顶电极、GeTe薄膜介质层和底电极。
2.根据权利要求1所述的基于GeTe的双功能器件，其特征在于：所述顶电极由W制成，所述顶电极的厚度为50～500nm，形状为圆形或者矩形，直径或边长为10nm～50μm。
3.根据权利要求1所述的基于GeTe的双功能器件，其特征在于：所述GeTe薄膜介质层厚度为5～200nm。
4.根据权利要求3所述的基于GeTe的双功能器件，其特征在于：所述GeTe薄膜介质层形状为圆形或者矩形，直径或边长为10nm～50μm。
5.根据权利要求1所述的基于GeTe的双功能器件，其特征在于：所述底电极由FTO、ITO、ZTO、TaN、或TiN制成，所述底电极的厚度为50～500nm，形状为圆形或者矩形，直径或边长为10nm～50μm。
6.根据权利要求1所述的基于GeTe的双功能器件，其特征在于：实现常规阻变功能时，器件的操作电流限制范围为10μA～5mA。
7.根据权利要求1所述的基于GeTe的双功能器件，其特征在于：实现互补型阻变功能时，器件的操作电流限制范围为5mA～100mA。
8.一种制备权利要求1～7任一项所述的基于GeTe的双功能器件的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
在基底上制备所述底电极；在底电极上表面制备GeTe薄膜介质层；在GeTe薄膜介质层上表面镀上顶电极。
9.根据权利要求8所述的基于GeTe的双功能器件的方法，其特征在于：所述方法具体采用磁控溅射的方法在底电极FTO、ITO、ZTO、TaN、或TiN上表面制备GeTe薄膜介质层，溅射靶材为GeTe靶，采用射频溅射，衬底温度为300K，反应气体为氩气，控制真空室内的气压为4Torr，射频溅射功率为120W。
10.根据权利要求8所述的基于GeTe的双功能器件的方法，其特征在于：所述方法具体采用磁控溅射的方法在GeTe薄膜介质层上表面制备W顶层导电电极，溅射靶材为W靶，采用直流溅射，衬底温度为300K，反应气体为氩气，控制真空室内的气压为4Torr，直流溅射功率为100W。
说明书
技术领域
本发明涉及新型微纳电子材料及功能器件领域，具体涉及一种基于GeTe的双功能器件及其制备方法。
背景技术
电阻式随机存储器(RRAM)因为其简单的器件结构、优异的扩展性、高的开关速度和卓越的数据保持能力被认为是下一代非易失存储器(NVM)的候选者之一。RRAM与互补金属氧化物半导体(CMOS)技术具有良好的兼容性，因而容易构建十字交叉阵列(CrossbarArray)3D结构来实现高密度存储。然而这种结构的主要缺点之一是相邻存储单元容易存在交叉串扰的问题，特别是在低阻态读取时更加严重。该问题有可能导致存储器寻址和读取错误，还会增加功耗并限制十字交叉阵列的集成度。解决交叉串扰问题的一个可行的方案是将RRAM与选择元件如二极管、晶体管或选通管进行串联，并已展开了相关研究。然而这种增加整流器件的方式无疑会降低存储密度和提高工艺复杂性。
互补型阻变存储器(Complementary Resistive Switching Memory，CRS)可以在不增加额外整流器件的情况下有效解决交叉串扰的问题。互补型阻变存储器具有两个极性相反的高阻状态，分别可以设置成“1”或“0”状态，当施加读取电压读取器件的存储状态时，“0”状态依旧保持而“1”状态会被SET而转变成低阻态，由于这个读取是破坏性的，所以需要施加一个反向写电压重新把器件写成“1”状态。互补型阻变存储器存储的不是电阻大小的变化而是器件高阻态的变化情况，低阻态只出现在读取过程中，因而“1”或“0”状态都表现出高阻态，所以互补型阻变存储器能够抑制十字交叉阵列在读取中的电流串扰问题。此外，由于没有附加的整流器件，互补型阻变存储器仍然能够保持4F
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于GeTe的双功能器件及其制备方法，本发明提出的双功能器件可通过限制高低不同的操作电流实现常规阻变或者互补型阻变双功能。常规阻变功能可用作常规记忆存储元件，互补型阻变功能可以有效解决阻变存储器十字交叉阵列中的电流串扰问题。合理地限制操作电流，两种功能相互转换，将大大提高器件的应用范围。
为了实现上述第一个目的，本发明提供了一种基于GeTe的双功能器件，采用如下技术方案：
一种基于GeTe的双功能器件，所述器件包括三层结构：顶电极、GeTe薄膜介质层和底电极。
进一步地，所述顶电极由W制成，所述顶电极的厚度为50～500nm，形状为圆形或者矩形，直径或边长为10nm～50μm。
进一步地，所述GeTe薄膜介质层厚度为5～200nm。
更进一步地，所述GeTe薄膜介质层形状为圆形或者矩形，直径或边长为10nm～50μm。
进一步地，所述底电极由FTO、ITO、ZTO、TaN、或TiN制成，所述底电极的厚度为50～500nm，形状为圆形或者矩形，直径或边长为10nm～50μm。
进一步地，实现常规阻变功能时，器件的操作电流限制范围为10μA～5mA。
进一步地，实现互补型阻变功能时，器件的操作电流限制范围为5mA～100mA。
为了实现本发明的第二个目的，本发明还提供了一种基于GeTe的双功能器件的制备方法，所述方法包括以下步骤：
在基底上制备所述底电极；在底电极上表面制备GeTe薄膜介质层；在GeTe薄膜介质层上表面镀上顶电极。
进一步地，所述方法具体采用磁控溅射的方法在底电极FTO、ITO、ZTO、TaN、或TiN上表面制备GeTe薄膜介质层，溅射靶材为GeTe靶，采用射频溅射，衬底温度为300K，反应气体为氩气，控制真空室内的气压为4Torr，射频溅射功率为120W。
进一步地，所述方法具体采用磁控溅射的方法在GeTe薄膜介质层上表面制备W顶层导电电极，溅射靶材为W靶，采用直流溅射，衬底温度为300K，反应气体为氩气，控制真空室内的气压为4Torr，直流溅射功率为100W。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
(1)本发明提出的一种基于GeTe的双功能器件，可通过限制高低不同的操作电流实现常规阻变或者互补型阻变双功能。常规阻变功能可用作常规存储记忆元件，互补型阻变功能可以有效解决阻变存储器十字交叉阵列中的电流串扰问题。合理地限制操作电流，两种功能相互转换，将大大提高器件的应用范围。
(2)本发明提出的一种基于GeTe的双功能器件用作常规阻变存储器时具有较低的操作电流、较低的操作电压、较高的稳定性和较好的耐受性。
(3)本发明提出的一种基于GeTe的双功能器件用作互补型阻变存储器元件时具有非常简单的“金属/介质/金属”的“三明治”结构，而传统的互补型阻变存储器元件通常采用两个“金属/介质/金属”结构的存储单元反向串联或者采用具有双层或多层介质层的结构。很明显的，本发明大大简化了互补型阻变存储器件的结构。
(4)本发明提出的一种基于GeTe的双功能器件用作互补型阻变存储器元件时不需要引入晶体管、二极管或选通管等外加选择元件就能有效解决十字交叉阵列存储器件的电流串扰问题，有利于提高器件的存储密度，也简化了器件制备的步骤和降低了器件制备的成本。
(5)本发明提出的一种基于GeTe的双功能器件采用传统的磁控溅射法制备，其制备过程容易控制，制备工艺简单，制备成本较低，与传统CMOS工艺具有高度的兼容性，易于高密度集成。
(6)本发明提出的一种基于GeTe的双功能器件以GeTe材料为介质，材料丰富易得，无需高温热处理，节能环保，在器件微缩化和推进十字交叉阵列阻变存储器的实际应用方面具有非常重要的意义。
附图说明
图1是本发明所述的双功能器件的剖面图；
图2是本发明实施例1所述的双功能器件的常规阻变性能电流-电压关系图；
图3是本发明实施例1所述的双功能器件的互补型阻变性能电流-电压关系图；
其中：图1图示：1-W电极；2-GeTe薄膜介质层；3-TiN电极。
具体实施方式
下面通过具体的实施例和附图对本发明的技术方案做进一步详细地说明。以下实施例仅是本发明较佳的实施例，并非是对本发明做其他形式的限定，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更为同等变化的等效实施例。凡是未脱离本发明方案内容，依据本发明的技术实质对以下实施例所做的任何简单修改或等同变化，均落在本发明的保护范围内。
本发明的一种基于GeTe的双功能器件，所述器件包括三层结构：顶电极、薄膜介质层和底电极。
所述顶电极由W制成，厚度为50～500nm，优选为250nm，形状为圆形或者矩形，优选为矩形，直径或边长为10nm～50μm，优选为0.4μm～4.0μm。
所述GeTe薄膜介质层厚度为5～200nm，优选为20nm，所述GeTe薄膜介质层形状为圆形或者矩形，优选为矩形，直径或边长为10nm～50μm，优选为0.4μm～4.0μm。
所述底电极由FTO、ITO、ZTO、TaN、或TiN制成，优选TiN，厚度为50～500nm，优选200nm，形状为圆形或者矩形，优选矩形，直径或边长为10nm～50μm，优选为0.4μm～4.0μm。
实现常规阻变功能时，器件的操作电流限制范围为10μA～5mA，优选为1mA。
实现互补型阻变功能时，器件的操作电流限制范围为5mA～100mA，优选为10mA。
本发明通过控制操作电流的大小使GeTe薄膜介质层发生不同的阻态切换从而实现常规阻变功能或互补型阻变功能。本发明提出的双功能器件的常规阻变功能可用作常规记忆存储元件，互补型阻变功能可以有效解决阻变存储器十字交叉阵列中的电流串扰问题，通过合理地控制操作电流的大小，将两种功能相互转换，大大了提高器件的应用范围。
实施例1
如图1所示，本实施例的一种基于GeTe的双功能器件，所述器件包括三层结构：顶电极1、薄膜介质层2和底电极3。
所述底电极3由TiN制成，厚度为200nm，形状为矩形，边长为0.4μm。
所述GeTe薄膜介质层2厚度为20nm，形状为矩形，边长为0.4μm。
所述顶电极1由W制成，厚度为250nm，形状矩形，边长为0.4μm。
实现常规阻变功能时，器件的操作电流限制范围为1mA。
实现互补型阻变功能时，器件的操作电流限制范围为10mA。
本实施例上述所述的基于GeTe的双功能器件的制备方法，包括以下步骤：
在基底上制备所述底电极；在底电极上表面制备GeTe薄膜介质层；在GeTe薄膜介质层上表面镀上顶电极。
上述方法具体采用磁控溅射的方法在底电极TiN上表面制备GeTe薄膜介质层，溅射靶材为GeTe靶，采用射频溅射，衬底温度为300K，反应气体为氩气，控制真空室内的气压为4Torr，射频溅射功率为120W。
上述方法具体采用磁控溅射的方法在GeTe薄膜介质层上表面制备W顶电极，溅射靶材为W靶，采用直流溅射，衬底温度为300K，反应气体为氩气，控制真空室内的气压为4Torr，直流溅射功率为100W。
本实施例上述制得的基于GeTe的双功能器件的常规阻变性能电流-电压关系图如图2所示，由图2可知，限制SET限流为1mA，器件出现双极性电阻转变，施加正向偏压器件由高阻态转变成低阻态，施加反向偏压器件由低阻态回到高阻态，高低阻态比值超过10。以低阻态为“1”状态，高阻态为“0”状态，器件将可以通过施加合适的电压在“1”和“0”状态之间发生连续性切换。本实施例上述基于GeTe的双功能器件的互补型阻变性能电流-电压关系图如图3所示，由图3可知，限制SET限流为10mA，器件出现互补型电阻转变。互补型阻变特性在合适的电压范围内(Vth3，Vth1)具有两个极性相反的高阻态，HRS
实施例2
本实施例的一种基于GeTe的双功能器件，所述器件包括三层结构：顶电极、薄膜介质层和底电极。
所述底电极由TiN制成，厚度为200nm，形状为矩形，边长为0.6μm。
所述GeTe薄膜介质层厚度为20nm，形状为矩形，边长为0.6μm。
所述顶电极由W制成，厚度为250nm，形状矩形，边长为0.6μm。
实现常规阻变功能时，器件的操作电流限制范围为1mA。
实现互补型阻变功能时，器件的操作电流限制范围为10mA。
本实施例上述所述的基于GeTe的双功能器件的制备方法，包括以下步骤：
在基底上制备所述底电极；在底电极上表面制备GeTe薄膜介质层；在GeTe薄膜介质层上表面镀上顶电极。
上述方法具体采用磁控溅射的方法在底电极TiN上表面制备GeTe薄膜介质层，溅射靶材为GeTe靶，采用射频溅射，衬底温度为300K，反应气体为氩气，控制真空室内的气压为4Torr，射频溅射功率为120W。
上述方法具体采用磁控溅射的方法在GeTe薄膜介质层上表面制备W顶电极，溅射靶材为W靶，采用直流溅射，衬底温度为300K，反应气体为氩气，控制真空室内的气压为4Torr，直流溅射功率为100W。
本实施例上述制得的基于GeTe的双功能器件的常规阻变性能电流-电压关系图与图2基本相同，由该实施例的常规阻变性能电流-电压关系图可知，限制SET限流为1mA，器件出现双极性电阻转变，施加正向偏压器件由高阻态转变成低阻态，施加反向偏压器件由低阻态回到高阻态，高低阻态比值超过10。以低阻态为“1”状态，高阻态为“0”状态，器件将可以通过施加合适的电压在“1”和“0”状态之间发生连续性切换。本实施例上述制得的基于GeTe的双功能器件的互补型阻变性能电流-电压关系与图3基本相同，由该实施例的互补型阻变性能电流-电压关系图可知，限制SET限流为10mA，器件出现互补型电阻转变。互补型阻变特性在合适的电压范围内(Vth3，Vth1)具有两个极性相反的高阻态，HRS
实施例3
本实施例的一种基于GeTe的双功能器件，所述器件包括三层结构：顶电极、薄膜介质层和底电极。
所述底电极由TiN制成，厚度为200nm，形状为矩形，边长为0.8μm。
所述GeTe薄膜介质层厚度为20nm，形状为矩形，边长为0.8μm。
所述顶电极由W制成，厚度为250nm，形状矩形，边长为0.8μm。
实现常规阻变功能时，器件的操作电流限制范围为1mA。
实现互补型阻变功能时，器件的操作电流限制范围为10mA。
上述所述的基于GeTe的双功能器件的制备方法，包括以下步骤：
在基底上制备所述底电极；在底电极上表面制备GeTe薄膜介质层；在GeTe薄膜介质层上表面镀上顶电极。
上述方法具体采用磁控溅射的方法在底电极TiN上表面制备GeTe薄膜介质层，溅射靶材为GeTe靶，采用射频溅射，衬底温度为300K，反应气体为氩气，控制真空室内的气压为4Torr，射频溅射功率为120W。
上述方法具体采用磁控溅射的方法在GeTe薄膜介质层上表面制备W顶电极，溅射靶材为W靶，采用直流溅射，衬底温度为300K，反应气体为氩气，控制真空室内的气压为4Torr，直流溅射功率为100W。
本实施例上述制得的基于GeTe的双功能器件的常规阻变性能电流-电压关系图与图2也基本相同，由该实施例的常规阻变性能电流-电压关系图可知，限制SET限流为1mA，器件出现双极性电阻转变，施加正向偏压器件由高阻态转变成低阻态，施加反向偏压器件由低阻态回到高阻态，高低阻态比值超过10。以低阻态为“1”状态，高阻态为“0”状态，器件将可以通过施加合适的电压在“1”和“0”状态之间发生连续性切换。本实施例上述制得的基于GeTe的双功能器件的互补型阻变性能电流-电压关系与图3基本相同，由该实施例的互补型阻变性能电流-电压关系图可知，限制SET限流为10mA，器件出现互补型电阻转变。互补型阻变特性在合适的电压范围内(Vth3，Vth1)具有两个极性相反的高阻态，HRS
实施例4
本实施例的一种基于GeTe的双功能器件，所述器件包括三层结构：顶电极、薄膜介质层和底电极。
所述底电极由TiN制成，厚度为200nm，形状为矩形，边长为1.0μm。
所述GeTe薄膜介质层厚度为20nm，形状为矩形，边长为1.0μm。
所述顶电极由W制成，厚度为250nm，形状矩形，边长为1.0μm。
实现常规阻变功能时，器件的操作电流限制范围为1mA。
实现互补型阻变功能时，器件的操作电流限制范围为10mA。
上述所的基于GeTe的双功能器件的制备方法，包括以下步骤：
在基底上制备所述底电极；在底电极上表面制备GeTe薄膜介质层；在GeTe薄膜介质层上表面镀上顶电极。
上述方法具体采用磁控溅射的方法在底电极TiN上表面制备GeTe薄膜介质层，溅射靶材为GeTe靶，采用射频溅射，衬底温度为300K，反应气体为氩气，控制真空室内的气压为4Torr，射频溅射功率为120W。
上述方法具体采用磁控溅射的方法在GeTe薄膜介质层上表面制备W顶电极，溅射靶材为W靶，采用直流溅射，衬底温度为300K，反应气体为氩气，控制真空室内的气压为4Torr，直流溅射功率为100W。
本实施例上述制得的基于GeTe的双功能器件的常规阻变性能电流-电压关系图与图2也基本相同，由该实施例的常规阻变性能电流-电压关系图可知，限制SET限流为1mA，器件出现双极性电阻转变，施加正向偏压器件由高阻态转变成低阻态，施加反向偏压器件由低阻态回到高阻态，高低阻态比值超过10。以低阻态为“1”状态，高阻态为“0”状态，器件将可以通过施加合适的电压在“1”和“0”状态之间发生连续性切换。本实施例上述制得的基于GeTe的双功能器件的互补型阻变性能电流-电压关系与图3基本相同，由该实施例的互补型阻变性能电流-电压关系图可知，限制SET限流为10mA，器件出现互补型电阻转变。互补型阻变特性在合适的电压范围内(Vth3，Vth1)具有两个极性相反的高阻态，HRS
实施例5
本实施例的一种基于GeTe的双功能器件，所述器件包括三层结构：顶电极、薄膜介质层和底电极。
所述底电极由TiN制成，厚度为200nm，形状为矩形，边长为4.0μm。
所述GeTe薄膜介质层厚度为20nm，形状为矩形，边长为4.0μm。
所述顶电极由W制成，厚度为250nm，形状矩形，边长为4.0μm。
实现常规阻变功能时，器件的操作电流限制范围为1mA。
实现互补型阻变功能时，器件的操作电流限制范围为10mA。
本实施例上述基于GeTe的双功能器件的制备方法，包括以下步骤：
在基底上制备所述底电极；在底电极上表面制备GeTe薄膜介质层；在GeTe薄膜介质层上表面镀上顶电极。
上述方法具体采用磁控溅射的方法在底电极TiN上表面制备GeTe薄膜介质层，溅射靶材为GeTe靶，采用射频溅射，衬底温度为300K，反应气体为氩气，控制真空室内的气压为4Torr，射频溅射功率为120W。
上述方法具体采用磁控溅射的方法在GeTe薄膜介质层上表面制备W顶电极，溅射靶材为W靶，采用直流溅射，衬底温度为300K，反应气体为氩气，控制真空室内的气压为4Torr，直流溅射功率为100W。
本实施例上述制得的基于GeTe的双功能器件的常规阻变性能电流-电压关系图与图2也基本相同，由该实施例的常规阻变性能电流-电压关系图可知，限制SET限流为1mA，器件出现双极性电阻转变，施加正向偏压器件由高阻态转变成低阻态，施加反向偏压器件由低阻态回到高阻态，高低阻态比值超过10。以低阻态为“1”状态，高阻态为“0”状态，器件将可以通过施加合适的电压在“1”和“0”状态之间发生连续性切换。本实施例上述制得的基于GeTe的双功能器件的互补型阻变性能电流-电压关系与图3基本相同，由该实施例的互补型阻变性能电流-电压关系图可知，限制SET限流为10mA，器件出现互补型电阻转变。互补型阻变特性在合适的电压范围内(Vth3，Vth1)具有两个极性相反的高阻态，HRS
一种基于GeTe的双功能器件及其制备方法专利购买费用说明
Q：办理专利转让的流程及所需资料
A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。
1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。
2：按规定缴纳著录项目变更手续费。
3：同时提交相关证明文件原件。
4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。
Q:专利著录项目变更费用如何缴交
A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式
Q：专利转让变更，多久能出结果
A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。
动态评分
0.0