專利名稱：一種可調(diào)控介質(zhì)層磁性的阻變存儲器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可調(diào)控介質(zhì)層磁性的阻變存儲器。
背景技術(shù)：
利用固態(tài)材料的磁學(xué)性能以及電學(xué)性能實(shí)現(xiàn)信息存儲的器件結(jié)構(gòu)已經(jīng)被廣泛的研究，包括讀出磁頭、磁隨機(jī)存取存儲器、閃存存儲器、阻變存儲器等。通常在這些技術(shù)里，電子的自旋和電荷的屬性是獨(dú)立應(yīng)用的。比如，在讀出磁頭中，磁場用來讀取和寫出存儲在磁性中的信息；在阻變存儲器中，通過電信號的激勵(lì)，可以實(shí)現(xiàn)存儲介質(zhì)電阻的高低變化，以實(shí)現(xiàn)信息的兩個(gè)邏輯狀態(tài)“0”和“I”的存儲。目前尋找高密度信息存儲一直激勵(lì)著能夠?qū)崿F(xiàn)在非磁場下磁性調(diào)控的研究，以實(shí)現(xiàn)電性能和磁性能同時(shí)相互影響的一種新型存儲器件，這將能夠大大的提高信息的擦寫、傳遞、處理、讀取等操作的速度并降低器件的能量消 耗。通過電學(xué)的方法調(diào)控磁性是實(shí)現(xiàn)非磁場下磁性調(diào)控的關(guān)鍵手段，已經(jīng)在多種材料中廣泛研究，包括金屬材料、磁電多鐵材料、稀磁半導(dǎo)體等。稀磁半導(dǎo)體集成了自旋和電荷兩種自由度，能夠在稀磁半導(dǎo)體體系中實(shí)現(xiàn)本征的電的方式調(diào)控磁性。阻變存儲器由于具有極大的開關(guān)比，是當(dāng)前實(shí)現(xiàn)電阻轉(zhuǎn)變方式的重要研究領(lǐng)域，其中伴隨電阻轉(zhuǎn)變過程中可能的磁性能的改變卻被忽略。如果能夠在磁性介質(zhì)中同時(shí)實(shí)現(xiàn)磁性能的存儲和電性能的存儲，則極有可能實(shí)現(xiàn)更大容量的存儲結(jié)構(gòu)，增加存儲的維度，從而拓寬隨機(jī)存儲器的應(yīng)用，將磁性和電學(xué)兩種存儲信息的載體集合在一起，大大提高了信息存儲的速度和容量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可調(diào)控介質(zhì)層磁性的阻變存儲器。本發(fā)明所提供的可調(diào)控介質(zhì)層磁性的阻變存儲器，包括底電極、頂電極以及位于所述底電極和頂電極之間的介質(zhì)層(阻變層)；其中，所述底電極和頂電極均為鉬電極或者金電極；所述介質(zhì)層為過渡金屬摻雜的氧化鋅高阻態(tài)稀磁氧化物薄膜，該具有稀磁特性的ZnO薄膜由下述原子百分比的元素組成過渡金屬為1.0 3. Oat. %，Zn為47. 0 49. Oat. %,其余為O。所述過渡金屬選自下述至少一種Co、Fe和Ni。上述可調(diào)控介質(zhì)層磁性的阻變存儲器中，介質(zhì)層的厚度可為20 200nm。本發(fā)明采用阻變的方式，即通過施加門電壓，實(shí)現(xiàn)阻變存儲器件的高/低阻態(tài)的轉(zhuǎn)變，同時(shí)調(diào)控過渡金屬摻雜的ZnO基稀磁氧化物存儲介質(zhì)層磁性的變化，這種磁性強(qiáng)弱的變化可以用作信息的存儲，增加了信息存儲的維度。以結(jié)構(gòu)為Pt/ZnO Co/Pt的阻變器件為例，通過電激勵(lì)的方式，在該阻變器件中，由于氧遷移的阻變機(jī)制，在阻變現(xiàn)象發(fā)生的同時(shí)，改變了存儲介質(zhì)ZnO =Co薄膜內(nèi)部的氧空位濃度分布，氧空位的濃度是調(diào)控ZnO基稀磁薄膜磁性的有效手段，因此使得器件的磁性發(fā)生了改變，導(dǎo)致了在出現(xiàn)電阻高低的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了器件磁性的弱強(qiáng)，從而實(shí)現(xiàn)了阻變效應(yīng)對稀磁氧化物薄膜磁性的調(diào)控，為將其應(yīng)用在信息存儲器中提供可能。
本發(fā)明將高阻態(tài)的過渡金屬摻雜的氧化鋅薄膜用作非易失性阻變存儲器的介質(zhì)層，采取施加電壓的方式，在實(shí)現(xiàn)阻變現(xiàn)象的同時(shí)，得到了磁性強(qiáng)弱的循環(huán)變化，這為將磁性能的存儲及電性能的存儲集成在阻變存儲器上提供了可靠思路。
具體實(shí)施例方式圖I為實(shí)施例制備的Pt/ZnO Co/Pt阻變器件的典型電流-電壓(I-V)曲線。圖2為實(shí)施例制備的Pt/ZnO Co/Pt阻變器件的隨阻變產(chǎn)生的飽和磁矩(Ms)變化曲線及矯頑力(Hc)變化曲線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步闡述，但本發(fā)明并不限于以下實(shí)施例。下述實(shí)施例中所述實(shí)驗(yàn)方法，如無特殊說明，均為常規(guī)方法；所述材料，如無特殊說明，均可從商業(yè)途徑獲得。下述實(shí)施例中的“at. % ”代表原子百分比。 實(shí)施例采用磁控反應(yīng)濺射的方式在Si (100)/SiO2 (500nm)/Ti (15nm)/Pt (IOOnm)基片上沉積Co摻雜ZnO薄膜，厚度約60nm，其組成成分Co為3. Oat. %，Zn為47. Oat. %，其余為0，然后用掩模的方法在Co摻雜ZnO薄膜上沉積大小為300 y m的Pt頂電極，厚度約lOOnm。所制備的薄膜具有室溫鐵磁性，表現(xiàn)出了稀磁半導(dǎo)體的特性；經(jīng)四探針測試后，發(fā)現(xiàn)該結(jié)構(gòu)初始態(tài)電阻較高，約8000 Q，具有穩(wěn)定的阻變循環(huán)性能，開關(guān)比約IO2 (見圖I)。利用正電壓將樣品均重置成低阻態(tài)(約50 Q )，通過超導(dǎo)脈沖磁強(qiáng)計(jì)測量其磁性，發(fā)現(xiàn)飽和磁矩(Ms)從聞阻態(tài)(HRS)時(shí)的3. 2 u emu明顯提聞到低阻態(tài)(LRS)時(shí)的5. 8 u emu,提聞幅度約80%。再將其重置成高阻態(tài)，約為8000 Q，測量其磁性，發(fā)現(xiàn)磁性降低2. 3 y emu，穩(wěn)定測量了若干次，均發(fā)現(xiàn)了阻變效應(yīng)對ZnO =Co薄膜磁性具有明顯的調(diào)控作用，高阻態(tài)對應(yīng)著低的磁性態(tài)和矯頑力( ，約680e)，低阻態(tài)對應(yīng)著高的磁性態(tài)和矯頑力(約940e)(見圖2)。當(dāng)將上述Co摻雜ZnO薄膜的組成替換為過渡金屬為1.0 3. Oat. %，Zn為47.0 49. Oat. %，其余為0的薄膜。該薄膜同樣具有通過阻變方式調(diào)控磁性的性能。當(dāng)將上述Co摻雜ZnO薄膜替換為Fe或者Ni摻雜ZnO薄膜也具有相同的性能。該調(diào)控作用的機(jī)制是氧空位是稀磁半導(dǎo)體磁性產(chǎn)生的重要原因；高阻態(tài)變?yōu)榈妥钁B(tài)時(shí)，引入了大量的氧空位，并且形成了氧空位的導(dǎo)電通道，使得ZnO :Co薄膜的磁性增強(qiáng)；低阻態(tài)變成高阻態(tài)時(shí)，氧空位回復(fù)到原來的位置，氧空位濃度減小，使得ZnO =Co薄膜的磁性降低。因此使得器件的磁性發(fā)生了改變，導(dǎo)致了在出現(xiàn)電阻高低的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了器件磁性的弱強(qiáng)，從而實(shí)現(xiàn)了阻變效應(yīng)對稀磁半導(dǎo)體薄膜介質(zhì)層磁性的調(diào)控，這為將磁性能的存儲及電性能的存儲集成在阻變存儲器上提供了可靠思路。
權(quán)利要求
1.一種可調(diào)控介質(zhì)層磁性的阻變存儲器，包括底電極、頂電極以及位于所述底電極和頂電極之間的介質(zhì)層；其特征在于所述介質(zhì)層為過渡金屬摻雜的氧化鋅薄膜。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的可調(diào)控介質(zhì)層磁性的阻變存儲器，其特征在于所述過渡金屬選自下述至少一種Co、Fe和Ni。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的可調(diào)控介質(zhì)層磁性的阻變存儲器，其特征在于所述介質(zhì)層由下述原子百分比的元素組成過渡金屬為I. O 3. O at. %, Zn為47. O 49. Oat. %，其余為O。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的可調(diào)控介質(zhì)層磁性的阻變存儲器，其特征在于所述介質(zhì)層的厚度可為20 200nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的可調(diào)控介質(zhì)層磁性的阻變存儲器，其特征在于 所述底電極和頂電極均為鉬電極或金電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項(xiàng)所述的可調(diào)控介質(zhì)層磁性的阻變存儲器，其特征在于通過調(diào)控所述阻變存儲器的電阻值變化，實(shí)現(xiàn)對所述阻變存儲器的磁性調(diào)控。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可調(diào)控介質(zhì)層磁性的阻變存儲器。該阻變存儲其包括底電極、頂電極以及位于所述底電極和頂電極之間的介質(zhì)層；其中，所述底電極和頂電極均為鉑電極或者金電極；所述介質(zhì)層為過渡金屬Co、Fe和Ni等摻雜的氧化鋅高阻態(tài)稀磁氧化物薄膜，該具有稀磁特性的ZnO薄膜由下述原子百分?jǐn)?shù)的元素組成過渡金屬為1.0～3.0at.﹪，Zn為47.0～49.0at.﹪，其余為O。采用阻變的方式調(diào)控ZnO基稀磁氧化物存儲介質(zhì)層磁性的變化，這種磁性強(qiáng)弱的變化可以用作信息的存儲，增加了信息存儲的維度。
文檔編號H01L27/24GK102738391SQ201210186988
公開日2012年10月17日 申請日期2012年6月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月7日
發(fā)明者宋成, 彭晶晶, 潘峰, 陳 光 申請人:清華大學(xué)