本发明属于阻变存储器材料技术领域，具体涉及一种基于磷化铟阻变材料的阻变存储器及其制备方法。
背景技术：
非易失性存储器是指在断电时所存储的数据也不会消失的一类存储器，随着科学技术的不断发展，人们将目光聚焦到一些具有特殊性能的材料，不断突破传统非易失存储器的储存极限、速度极限、密度极限和功耗极限。
阻变存储器RRAM是利用某些薄膜材料在外加电场的作用下表现出的两个或者两个以上的不同电阻态来实现数据存储，阻变存储器具有擦写速度快、存储谜底高、重复擦写次数高、具有多值存储和三维存储潜力等优点。目前运用到阻变存储器的材料包括以下几类：多元金属氧化物(SrZrO3、SrTiO3等)、固态电解质(GeSe、AgS2、ZnCdS等)、二元金属氧化物(ZnO、TiO2、NiO等)、有机物(TCNQ、PCBM等)和其他材料(非晶硅、氮化物和氧化石墨烯等)。
磷化铟晶体是一种闪锌矿结构Ⅲ-Ⅴ族化合物半导体，是光电器件和微电子器件不可或缺的重要半导体材料。磷化铟晶体为直接带隙半导体，具有热导率高、饱和电场漂移速度高、抗辐射阻抗好等优点，在微波及毫米波器件、异质结高电子迁移率晶体管、异质结双极晶体管、激光器、发光二极管、探测器、抗辐射太阳能电池和光电集成电路等领域有较为广泛的应用，但是目前基于磷化铟的阻变存储器方面的研究并不多见。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种基于磷化铟阻变材料的阻变存储器及其制备方法，该阻变存储器包括铂底电极、掺杂S和Fe的磷化铟阻变材料和银顶电极，还对磷化铟单晶片及其利用脉冲激光技术沉积磷化铟薄膜的制备方法进行限制，保证了阻变存储器中磷化铟阻变材料的一致性和稳定性，使阻变存储器具有存储窗口宽，数据保持时间长，耐久性高的特点。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种基于磷化铟阻变材料的阻变存储器，所述基于磷化铟阻变材料的阻变存储器包括底电极、阻变材料和顶电极，所述底电极为铂电极层，阻变材料为磷化铟阻变材料，顶电极为银电极层，所述磷化铟由磷化铟单晶片经脉冲激光技术得到磷化铟薄膜，所述磷化铟单晶片中掺杂S和Fe。
本发明还提供一种基于磷化铟阻变材料的阻变存储器的制备方法，包括以下步骤：
(1)以表面沉积铂金属的绝缘无机材料作为基片，采用脉冲激光技术，在基片表面沉积磷化铟薄膜，形成磷化铟阻变材料；
(2)在步骤(1)制备的磷化铟阻变材料的表面覆盖硬掩膜版，采用磁控溅射技术，沉积银电极层，去除掩膜版，得到基于磷化铟阻变材料的阻变存储器。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(1)中，沉积磷化铟薄膜的制备方法为：
(a).将单晶磷化铟片作为靶材装入耐冲激光设备腔体内；
(b).将表面沉积有电极的绝缘无机材料基片装入脉冲激光设备腔体内；
(c).将脉冲激光设备腔体内抽真空，真空度为5×10-8Pa；
(d).将绝缘无机材料基片加热至350-450℃；
(e).利用脉冲激光沉积的方法在基片上沉积厚度为10-500nm的磷化铟层；
(f).在真空条件下进行快速热退火处理，最后得到磷化铟薄膜。
作为上述技术方案的优选，所述沉积磷化铟薄膜的制备方法中步骤(b)中电极为铂电极。
作为上述技术方案的优选，所述沉积磷化铟薄膜的制备方法中步骤(e)中脉冲激光沉积的工艺参数为：靶材与基片的间距为6-8cm，激光的工作频率为1-5Hz，能力密度为1-3J/cm2。
作为上述技术方案的优选，所述沉积磷化铟薄膜的制备方法中步骤(f)中快速热退火的工艺参数为：退火温度为600-800℃，退火时间为5-120s。
作为上述技术方案的优选，所述步骤(2)中，硬掩膜版的厚度为100nm。
作为上述技术方案的优选，所述单晶磷化铟片中掺杂S和Fe。
作为上述技术方案的优选，所述单晶磷化铟片的制备方法为：以高纯铟和高纯红磷作为主要原料，以硫化铟和磷化铁作为掺杂剂，以氧化硼作为液封剂，采用磷注入快速合成技术得到富磷磷化铟熔体，再引入籽晶进行晶体生长，在氩气氛围下，以10-15mm/h的速度拉晶得到直径为50-75mm的单晶磷化铟片。
作为上述技术方案的优选，所述高纯铟的纯度为6N，所述高纯红磷的纯度为6N，所述氧化硼的含水量在500-2000ppm。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明制备的基于磷化铟阻变材料的阻变存储器中含有磷化铟阻变材料，选用的磷化铟单体为掺杂S和Fe的磷化铟单体片，掺杂S和Fe的磷化铟单体片的均匀性好，光学性能稳定，还可以抗电磁干扰，将磷化铟单晶片使用脉冲激光沉积技术沉积形成磷化铟薄膜，可以将磷化铟单晶片中的化学计量比保持至磷化铟薄膜中，而且通过真空快速热退火处理可以改善薄膜的缺陷状态，提高磷化铟薄膜的转变一致性，保证磷化铟薄膜作为阻变功能层的稳定性，制备的阻变存储器具有存储窗口宽，数据保持时间长，耐久性高和抗电磁干扰的特点。
(2)本发明制备方法简单，可操控性强，拓宽了磷化铟的应用领域，扩大了阻抗存储器的可选范围。
具体实施方式
下面将结合具体实施例来详细说明本发明，在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
实施例1：
(1)在高压单晶炉中，以纯度为6N的高纯铟和纯度为6N的高纯红磷作为主要原料，以硫化铟和磷化铁作为掺杂剂，以含水量在500-2000ppm的氧化硼作为液封剂，采用磷注入快速合成技术得到富磷磷化铟熔体，再引入籽晶进行晶体生长，在氩气氛围下，以10mm/h的速度拉晶得到直径为75mm的掺杂S和Fe的单晶磷化铟片。
(2)以表面沉积铂金属的绝缘无机材料作为基片，将单晶磷化铟片作为靶材装入耐冲激光设备腔体内，将表面沉积有电极的绝缘无机材料基片装入脉冲激光设备腔体内，将脉冲激光设备腔体内抽真空，真空度为5×10-8Pa，将表面沉积铂金属的绝缘无机材料基片加热至350℃，利用脉冲激光沉积的方法在基片上沉积厚度为10nm的磷化铟层，在真空条件下进行快速热退火处理，最后得到磷化铟薄膜在基片表面沉积磷化铟薄膜，形成磷化铟阻变材料，其中脉冲激光沉积的工艺参数为：使用波长为248nm的KrF准分子激光器作为激光源，靶材与基片的间距为6cm，激光的工作频率为1Hz，能力密度为1J/cm2，单脉冲能量240mJ，沉积时间为20min，快速热退火的工艺参数为：退火温度为600℃，退火时间为5s。
(3)在磷化铟阻变材料的表面覆盖厚度为100nm的硬掩膜版，采用磁控溅射技术，沉积银电极层，去除掩膜版，得到基于磷化铟阻变材料的阻变存储器。
实施例2：
(1)在高压单晶炉中，以纯度为6N的高纯铟和纯度为6N的高纯红磷作为主要原料，以硫化铟和磷化铁作为掺杂剂，以含水量在500-2000ppm的氧化硼作为液封剂，采用磷注入快速合成技术得到富磷磷化铟熔体，再引入籽晶进行晶体生长，在氩气氛围下，以15mm/h的速度拉晶得到直径为50mm的掺杂S和Fe的单晶磷化铟片。
(2)以表面沉积铂金属的绝缘无机材料作为基片，将单晶磷化铟片作为靶材装入耐冲激光设备腔体内，将表面沉积有电极的绝缘无机材料基片装入脉冲激光设备腔体内，将脉冲激光设备腔体内抽真空，真空度为5×10-8Pa，将表面沉积铂金属的绝缘无机材料基片加热至450℃，利用脉冲激光沉积的方法在基片上沉积厚度为500nm的磷化铟层，在真空条件下进行快速热退火处理，最后得到磷化铟薄膜在基片表面沉积磷化铟薄膜，形成磷化铟阻变材料，其中脉冲激光沉积的工艺参数为：使用波长为248nm的KrF准分子激光器作为激光源，靶材与基片的间距为8cm，激光的工作频率为5Hz，能力密度为3J/cm2，单脉冲能量240mJ，沉积时间为20min，快速热退火的工艺参数为：退火温度为800℃，退火时间为120s。
(3)在磷化铟阻变材料的表面覆盖厚度为100nm的硬掩膜版，采用磁控溅射技术，沉积银电极层，去除掩膜版，得到基于磷化铟阻变材料的阻变存储器。
实施例3：
(1)在高压单晶炉中，以纯度为6N的高纯铟和纯度为6N的高纯红磷作为主要原料，以硫化铟和磷化铁作为掺杂剂，以含水量在500-2000ppm的氧化硼作为液封剂，采用磷注入快速合成技术得到富磷磷化铟熔体，再引入籽晶进行晶体生长，在氩气氛围下，以12mm/h的速度拉晶得到直径为58.6mm的掺杂S和Fe的单晶磷化铟片。
(2)以表面沉积铂金属的绝缘无机材料作为基片，将单晶磷化铟片作为靶材装入耐冲激光设备腔体内，将表面沉积有电极的绝缘无机材料基片装入脉冲激光设备腔体内，将脉冲激光设备腔体内抽真空，真空度为5×10-8Pa，将表面沉积铂金属的绝缘无机材料基片加热至400℃，利用脉冲激光沉积的方法在基片上沉积厚度为80nm的磷化铟层，在真空条件下进行快速热退火处理，最后得到磷化铟薄膜在基片表面沉积磷化铟薄膜，形成磷化铟阻变材料，其中脉冲激光沉积的工艺参数为：使用波长为248nm的KrF准分子激光器作为激光源，靶材与基片的间距为7cm，激光的工作频率为5Hz，能力密度为1.8J/cm2，单脉冲能量240mJ，沉积时间为20min，快速热退火的工艺参数为：退火温度为600℃，退火时间为60s。
(3)在磷化铟阻变材料的表面覆盖厚度为100nm的硬掩膜版，采用磁控溅射技术，沉积银电极层，去除掩膜版，得到基于磷化铟阻变材料的阻变存储器。
实施例4：
(1)在高压单晶炉中，以纯度为6N的高纯铟和纯度为6N的高纯红磷作为主要原料，以硫化铟和磷化铁作为掺杂剂，以含水量在500-2000ppm的氧化硼作为液封剂，采用磷注入快速合成技术得到富磷磷化铟熔体，再引入籽晶进行晶体生长，在氩气氛围下，以13mm/h的速度拉晶得到直径为61.2mm的掺杂S和Fe的单晶磷化铟片。
(2)以表面沉积铂金属的绝缘无机材料作为基片，将单晶磷化铟片作为靶材装入耐冲激光设备腔体内，将表面沉积有电极的绝缘无机材料基片装入脉冲激光设备腔体内，将脉冲激光设备腔体内抽真空，真空度为5×10-8Pa，将表面沉积铂金属的绝缘无机材料基片加热至380℃，利用脉冲激光沉积的方法在基片上沉积厚度为100nm的磷化铟层，在真空条件下进行快速热退火处理，最后得到磷化铟薄膜在基片表面沉积磷化铟薄膜，形成磷化铟阻变材料，其中脉冲激光沉积的工艺参数为：使用波长为248nm的KrF准分子激光器作为激光源，靶材与基片的间距为6.5cm，激光的工作频率为3.5Hz，能力密度为2J/cm2，单脉冲能量240mJ，沉积时间为20min，快速热退火的工艺参数为：退火温度为700℃，退火时间为60s。
(3)在磷化铟阻变材料的表面覆盖厚度为100nm的硬掩膜版，采用磁控溅射技术，沉积银电极层，去除掩膜版，得到基于磷化铟阻变材料的阻变存储器。
实施例5：
(1)在高压单晶炉中，以纯度为6N的高纯铟和纯度为6N的高纯红磷作为主要原料，以硫化铟和磷化铁作为掺杂剂，以含水量在500-2000ppm的氧化硼作为液封剂，采用磷注入快速合成技术得到富磷磷化铟熔体，再引入籽晶进行晶体生长，在氩气氛围下，以11mm/h的速度拉晶得到直径为68.4mm的掺杂S和Fe的单晶磷化铟片。
(2)以表面沉积铂金属的绝缘无机材料作为基片，将单晶磷化铟片作为靶材装入耐冲激光设备腔体内，将表面沉积有电极的绝缘无机材料基片装入脉冲激光设备腔体内，将脉冲激光设备腔体内抽真空，真空度为5×10-8Pa，将表面沉积铂金属的绝缘无机材料基片加热至420℃，利用脉冲激光沉积的方法在基片上沉积厚度为150nm的磷化铟层，在真空条件下进行快速热退火处理，最后得到磷化铟薄膜在基片表面沉积磷化铟薄膜，形成磷化铟阻变材料，其中脉冲激光沉积的工艺参数为：使用波长为248nm的KrF准分子激光器作为激光源，靶材与基片的间距为7.5cm，激光的工作频率为2.5Hz，能力密度为2J/cm2，单脉冲能量240mJ，沉积时间为20min，快速热退火的工艺参数为：退火温度为650℃，退火时间为90s。
(3)在磷化铟阻变材料的表面覆盖厚度为100nm的硬掩膜版，采用磁控溅射技术，沉积银电极层，去除掩膜版，得到基于磷化铟阻变材料的阻变存储器。
实施例6：
(1)在高压单晶炉中，以纯度为6N的高纯铟和纯度为6N的高纯红磷作为主要原料，以硫化铟和磷化铁作为掺杂剂，以含水量在500-2000ppm的氧化硼作为液封剂，采用磷注入快速合成技术得到富磷磷化铟熔体，再引入籽晶进行晶体生长，在氩气氛围下，以14mm/h的速度拉晶得到直径为53.7mm的掺杂S和Fe的单晶磷化铟片。
(2)以表面沉积铂金属的绝缘无机材料作为基片，将单晶磷化铟片作为靶材装入耐冲激光设备腔体内，将表面沉积有电极的绝缘无机材料基片装入脉冲激光设备腔体内，将脉冲激光设备腔体内抽真空，真空度为5×10-8Pa，将表面沉积铂金属的绝缘无机材料基片加热至420℃，利用脉冲激光沉积的方法在基片上沉积厚度为350nm的磷化铟层，在真空条件下进行快速热退火处理，最后得到磷化铟薄膜在基片表面沉积磷化铟薄膜，形成磷化铟阻变材料，其中脉冲激光沉积的工艺参数为：使用波长为248nm的KrF准分子激光器作为激光源，靶材与基片的间距为7cm，激光的工作频率为4Hz，能力密度为2.5J/cm2，单脉冲能量240mJ，沉积时间为20min，快速热退火的工艺参数为：退火温度为600℃，退火时间为120s。
(3)在磷化铟阻变材料的表面覆盖厚度为100nm的硬掩膜版，采用磁控溅射技术，沉积银电极层，去除掩膜版，得到基于磷化铟阻变材料的阻变存储器。
经检测，实施例1-6制备的基于磷化铟阻变材料的阻变存储器的开关比、工作电压、工作电流和长期数据稳定性的结果如下所示：
由上表可见，本发明制备的基于磷化铟阻变材料的阻变存储器的数据开关比高，工作电压和工作电流低，保持时间长，耐久性高和抗电磁干扰。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。