一种基于CMOS工艺的高密度自整流器件及其制备方法

本发明涉及半导体，尤其涉及一种基于cmos工艺的高密度自整流器件及其制备方法。

背景技术：

1、在后摩尔时代，集成电路的发展面临冯·诺依曼瓶颈问题，这一瓶颈限制了处理器与内存之间的数据传输速度，降低了计算效率。为了解决这一问题，研究人员开始关注忆阻器（memristor）作为新型非易失性存储器件的潜力。忆阻器具有可调的电阻状态，能够用于信息存储和计算，因其高密度和低功耗特性而被视为未来内存和计算架构的重要组成部分。然而，在大规模被动阵列中集成忆阻器时，需要自整流器件以避免阵列间的电流串扰，现有自整流器件在实现高开关比和自整流比的同时，往往难以保持与cmos技术的兼容性，限制了其实际应用。此外，尽管已有研究开发出自整流忆阻器，但它们仍面临开关比和材料兼容性不足的挑战，开关比的降低直接影响到在大规模阵列中测量的开关比，因此优化这些参数至关重要。为了减轻阵列串扰问题，研究者们提出了多种集成架构，如1t1r（1晶体管1忆阻器）和1s1r（1选择器1忆阻器），但这些架构的实现增加了制造过程的复杂性。

2、传统的忆阻器集成架构，如1t1r和1s1r，虽然可以缓解阵列串扰问题，但其实现增加了制造过程的复杂性，降低了生产效率。现有自整流器件在实现高开关比和自整流比的同时往往难以保持与cmos技术的兼容性，开关比的降低直接影响到在大规模阵列中测量的开关比，导致读取精度降低。

技术实现思路

1、要解决的技术问题

2、鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种基于cmos工艺的高密度自整流器件及其制备方法，其解决了现有自整流器件在实现高开关比和自整流比的同时往往难以保持与cmos技术的兼容性，开关比的降低直接影响到在大规模阵列中测量的开关比，导致读取精度降低的技术问题。

3、技术方案

4、为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

5、第一方面，本发明提供一种基于cmos工艺的高密度自整流器件，包括：

6、底部电极采用高功函金属，作为的电流输入端；

7、中间活性层采用两层氧空位含量不同的钨氧化物；

8、顶部电极采用低功函数金属，多层薄膜垂直堆叠。

9、可选地，所述高功函金属包括pt和p型硅。

10、可选地，所述低功函金属包括tin。

11、可选地，底部电极厚度为60 nm。

12、可选地，中间活性层包括wo3和wo3-x，其中wo3层具有规则的晶格结构，形成高肖特基势垒，确保自整流特性；wo3-x层富含氧缺陷，能够通过捕获和释放电子来改善开关特性。

13、第二方面，本发明提供一种基于cmos工艺的高密度自整流器件的制备方法，包括：

14、通过lift-off光刻技术制备具有器件图案的光刻胶阻挡层；

15、沉积50nm-60 nm厚度的高功函金属层作为自整流器件的底部电极；

16、使用lift-off工艺制备具有3 μm直径开口圆孔的氮化硅隔离层；

17、采用标准功率和高功率磁控溅射工艺依次制备wo3和wo3-x功能层，其中wo3-x具有丰富的氧空位；

18、沉积低功函金属薄膜作为顶部电极。

19、可选地，所述标准功率100w，所述高功率为200w。

20、有益效果

21、本发明的有益效果是：本发明的一种基于cmos工艺的高密度自整流器件，通过构建高功函金属电极（pt、p型硅等）/wo3/wo3-x/低功函数金属电极（tin等）的器件结构，高功函数金属与wo3层之间形成高肖特基势垒阻挡电子的反向跃迁，进而有效抑制了在被动阵列中读取高阻态单元时可能出现的电流串扰问题。同时在wo3-x层中制备丰富的氧缺陷，通过氧空位带来的不同深度的能级势阱捕获来自低功函数金属的电子来改变器件阻值。相较于相关技术，本申请的高密度自整流器件能够在高阻态和低阻态下实现正向导通和反向截止并与当下cmos工艺兼容。

技术特征：

1.一种基于cmos工艺的高密度自整流器件，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于cmos工艺的高密度自整流器件，其特征在于，所述高功函金属包括pt和p型硅。

3.根据权利要求2所述的一种基于cmos工艺的高密度自整流器件，其特征在于，所述低功函金属包括tin。

4.根据权利要求3所述的一种基于cmos工艺的高密度自整流器件，其特征在于，底部电极厚度为60 nm。

5.根据权利要求4所述的一种基于cmos工艺的高密度自整流器件，其特征在于，中间活性层包括wo3和wo3-x，其中wo3层具有规则的晶格结构，形成高肖特基势垒，确保自整流特性；wo3-x层富含氧缺陷，能够通过捕获和释放电子来改善开关特性。

6.一种基于cmos工艺的高密度自整流器件的制备方法，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的一种基于cmos工艺的高密度自整流器件的制备方法，其特征在于，所述标准功率100w，所述高功率为200w。

技术总结本发明属于半导体技术领域，涉及一种基于CMOS工艺的高密度自整流器件及其制备方法，该方法包括：底部电极采用高功函金属，作为的电流输入端；中间活性层采用两层氧空位含量不同的钨氧化物；顶部电极采用低功函数金属，多层薄膜垂直堆叠。其有益效果是，本申请的高密度自整流器件能够在高阻态和低阻态下实现正向导通和反向截止并与当下CMOS工艺兼容。技术研发人员：张亦舒,王字健,张国滨,凡雪蒙受保护的技术使用者：浙江大学技术研发日：技术公布日：2024/12/23