本申請(qǐng)涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，更具體地說(shuō)，涉及一種半導(dǎo)體器件及其制備方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)隨著對(duì)阻變式存儲(chǔ)器(rram)器件研究的不斷深入，很多鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的阻變材料被發(fā)現(xiàn)。鈣鈦礦材料是指一類陶瓷氧化物材料，其分子通式為abo3，這些材料都有著穩(wěn)定的電阻開(kāi)關(guān)特性。srtio3作為一種經(jīng)典的鈣鈦礦結(jié)構(gòu)材料，因?yàn)樗哂锌烧{(diào)諧的高介電常數(shù)、較低的介電損耗、良好的熱穩(wěn)定性等優(yōu)良性能廣泛應(yīng)用于消磁、微波、超導(dǎo)、傳感、催化等各個(gè)方面。

認(rèn)識(shí)到srtio3本身具有如此豐富的性能，科研學(xué)者們開(kāi)展了大量的工作對(duì)srtio3各項(xiàng)屬性進(jìn)行了深入研究，介電、熱導(dǎo)性能始終是各種研究的重點(diǎn)，但是自從在鈦酸鍶基材料發(fā)現(xiàn)反常電學(xué)性質(zhì)之后，材料的阻變特性成為了研究的新熱點(diǎn)，出現(xiàn)了很多關(guān)于電阻開(kāi)關(guān)的文章，人們相繼在la:srtio3、nb:srtio3、cr:srtio3、srtio3單晶等多種鈦酸鍶基材料中發(fā)現(xiàn)了電阻開(kāi)關(guān)現(xiàn)象。

雖然對(duì)于鈦酸鍶基材料的性能研究較為廣泛，但缺少鈦酸鍶基材料在半導(dǎo)體器件中的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體器件及其制備方法，以實(shí)現(xiàn)將鈦酸鍶基材料應(yīng)用于半導(dǎo)體器件，并發(fā)掘鈦酸鍶基材料在半導(dǎo)體器件發(fā)揮的獨(dú)特作用的目的。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明實(shí)施例提供了如下技術(shù)方案：

一種半導(dǎo)體器件，包括：

襯底；

位于所述襯底表面的底電極；

位于所述底電極背離所述襯底一側(cè)表面的三元氧化物薄膜，所述三元氧化物薄膜的化學(xué)通式為ao(abo3)n；

位于所述三元氧化物薄膜背離所述底電極一側(cè)表面的頂電極。

可選的，所述三元氧化物薄膜為rp結(jié)構(gòu)的(sro(srtio3)10)薄膜。

可選的，所述底電極為lanio3電極或srruo3電極或fto電極或ito電極或pt電極。

可選的，所述頂電極為au電極或pt電極或al電極或w電極或ito電極。

一種半導(dǎo)體器件的制備方法，包括：

制備三元氧化物溶膠，所述三元氧化物薄膜的化學(xué)通式為ao(abo3)n；

在襯底表面制備底電極；

利用所述三元氧化物溶膠在所述底電極背離所述襯底一側(cè)表面制備三元氧化物薄膜；

在所述三元氧化物薄膜背離所述底電極一側(cè)表面制備頂電極。

可選的，當(dāng)所述三元氧化物溶膠為(sro(srtio3)10)溶膠時(shí)，所述制備三元氧化物溶膠包括：

向sr(ac)2溶液中滴入預(yù)設(shè)體積乙酰丙酮作為穩(wěn)定劑；

將ti(oc4h9)4溶液滴入加入穩(wěn)定劑的sr(ac)2溶液中，在滴入ti(oc4h9)4溶液的過(guò)程中不斷攪拌直至獲得穩(wěn)定澄清的sro(srtio3)10溶膠；

向所述穩(wěn)定澄清的sro(srtio3)10溶膠中加入乙酸和無(wú)水乙醇，以將所述穩(wěn)定澄清的sro(srtio3)10溶膠的ph值調(diào)整為5±0.5，并將所述穩(wěn)定澄清的sro(srtio3)10溶膠的濃度調(diào)整為0.3mol/l，獲得所述sro(srtio3)10溶膠。

可選的，當(dāng)所述三元氧化物溶膠為(sro(srtio3)10)溶膠時(shí)，所述利用所述三元氧化物溶膠在所述底電極背離所述襯底一側(cè)表面制備三元氧化物薄膜包括：

a：采用溶膠凝膠法在所述底電極背離所述襯底一側(cè)旋涂所述sro(srtio3)10溶膠；

b：對(duì)旋涂后的sro(srtio3)10溶膠進(jìn)行烘膠處理；

c：重復(fù)a和b步驟n次；

d：對(duì)步驟c獲得的產(chǎn)物在空氣氣氛中進(jìn)行退火處理，獲得所述sro(srtio3)10溶膠薄膜。

可選的，n的取值為3。

可選的，所述對(duì)旋涂后的sro(srtio3)10溶膠進(jìn)行烘膠處理包括：

e：將旋涂后的sro(srtio3)10溶膠在150℃環(huán)境下烘烤10min；

f：將步驟e得到的產(chǎn)物在300℃環(huán)境下烘烤60min。

可選的，所述底電極和三元氧化物薄膜的厚度的取值范圍為300nm-350nm，包括端點(diǎn)值。

從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種半導(dǎo)體器件及其制備方法，其中，所述半導(dǎo)體器件包括由下至上依次排列的襯底、底電極、三元氧化物薄膜和頂電極。所述半導(dǎo)體器件將鈦酸鍶材料(三元氧化物ao(abo3)n)應(yīng)用于器件結(jié)構(gòu)中，通過(guò)對(duì)于半導(dǎo)體器件的測(cè)試可以看出這種結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件隨著兩端施加電壓的升高，半導(dǎo)體器件內(nèi)部的電流先增大到一極值點(diǎn)后突然變小最終維持在一個(gè)平穩(wěn)狀態(tài)，呈現(xiàn)出明顯的負(fù)微分電阻特性。這種結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)電子器件的高度集成，且穩(wěn)定性較高。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)提供的附圖獲得其他的附圖。

圖1為本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例提供的一種半導(dǎo)體器件的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2(a)-圖2(d)為本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例提供的半導(dǎo)體器件在不同外界電壓下的i-v特性曲線；

圖3為本申請(qǐng)的一個(gè)實(shí)施例提供的一種半導(dǎo)體器件制備方法的流程示意圖；

圖4為本申請(qǐng)的另一個(gè)實(shí)施例提供的一種半導(dǎo)體器件制備方法的流程示意圖；

圖5為本申請(qǐng)的又一個(gè)實(shí)施例提供的一種半導(dǎo)體器件制備方法的流程示意圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本申請(qǐng)實(shí)施例提供了一種半導(dǎo)體器件，如圖1所示，包括：

襯底10；

位于所述襯底10表面的底電極20；

位于所述底電極20背離所述襯底10一側(cè)表面的三元氧化物薄膜30；

位于所述三元氧化物薄膜30背離所述底電極20一側(cè)表面的頂電極40。

可選的，所述三元氧化物薄膜30為rp結(jié)構(gòu)的(sro(srtio3)10)薄膜。

需要說(shuō)明的是，rp相鈦酸鍶(sro(srtio3)n)是一系列比較有特色的鈦酸鍶基功能材料，它們內(nèi)部是一層sro和一層tio2交替堆疊形成的立方層狀鈣鈦礦空間結(jié)構(gòu)。通常像這種層狀結(jié)構(gòu)的三元氧化物ao(abo3)n有著許多優(yōu)越的屬性，比如磁性、介電、光吸收、熱電、載流子傳導(dǎo)等。而且這些性能與合成材料時(shí)處于a位和b位的離子以及ao/abo3的比例大小n有關(guān)。當(dāng)材料內(nèi)b位離子是磁性離子時(shí)，材料能夠被誘導(dǎo)出磁性；當(dāng)摻入過(guò)渡金屬或者稀土元素時(shí)，材料能夠展現(xiàn)出良好的熱電性能；材料內(nèi)部電荷極化可以由制備過(guò)程中缺氧導(dǎo)致的氧空位引起，也可能是因?yàn)樘幵赼位的陽(yáng)離子同時(shí)具有兩個(gè)不同價(jià)態(tài)，而且b位也是多價(jià)陽(yáng)離子；如果b位陽(yáng)離子既帶有磁性又是多價(jià)態(tài)離子，那么在外場(chǎng)作用下可能同時(shí)具有多種特性，且它們之間相互影響。

參考圖2(a)-圖2(d)，在對(duì)本實(shí)施例提供的半導(dǎo)體器件進(jìn)行i-v曲線測(cè)試可以發(fā)現(xiàn)：這種結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件隨著兩端施加電壓的升高，半導(dǎo)體器件內(nèi)部的電流先增大到一極值點(diǎn)后突然變小最終維持在一個(gè)平穩(wěn)狀態(tài)，呈現(xiàn)出明顯的負(fù)微分電阻特性。這種結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)電子器件的高度集成，且穩(wěn)定性較高。所述底電極20與鈦酸鍶基材料三元氧化物薄膜30間的界面勢(shì)壘對(duì)傳導(dǎo)機(jī)制的影響使得該結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件具有明顯的負(fù)微分效應(yīng)。

圖2中(a)，當(dāng)電壓為0.5v時(shí)，電流在正負(fù)偏壓下都是呈對(duì)稱的線性變化，可見(jiàn)在0.5v小電壓下，半導(dǎo)體器件里的電流傳導(dǎo)機(jī)制還是服從歐姆機(jī)制的。隨著外界偏壓的升高，器件發(fā)生整流效應(yīng)，電流隨電壓升高表現(xiàn)出負(fù)微分電阻特性。當(dāng)外界偏壓到4.3v附近時(shí)，隨著電壓繼續(xù)的升高(圖2(b)-圖2(d)，其中，圖2(b)中的電壓為1v，圖2(c)中的電壓為2v，圖2(d)中的電壓為0.5v、1v、2v和5v)，電流大小幾乎不再變化，形成一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)。此時(shí)，正向偏壓和負(fù)向偏壓下的穩(wěn)定電流分別為9na和22na。從圖中可以看出，隨著薄膜器件兩端施加電壓升高，薄膜器件內(nèi)電流增大到某個(gè)點(diǎn)突然變小直到慢慢維持到平穩(wěn)狀態(tài)，呈現(xiàn)出明顯的負(fù)微分電阻特性，之所以表現(xiàn)出負(fù)微分電阻效應(yīng)，是由于底電極20(lanio3)與三元氧化物薄膜30間的界面勢(shì)壘對(duì)傳導(dǎo)機(jī)制的影響所致，屬于電荷俘獲與釋放阻變機(jī)制范疇。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，在本申請(qǐng)的一個(gè)具體實(shí)施例中，所述襯底10為單晶、多晶或非晶結(jié)構(gòu)的硅襯底；

所述底電極20可以為lanio3或srruo3電極或fto電極或ito電極或pt電極，但出于優(yōu)化半導(dǎo)體器件性能的目的考慮，優(yōu)選地，所述底電極20為lanio3電極，當(dāng)所述底電極20為lanio3電極時(shí)，底電極20與三元氧化物薄膜30之間更接近純歐姆接觸。

所述頂電極40可以為pt電極或al電極或w電極或ito電極，同樣的，出于優(yōu)化半導(dǎo)體器件性能的目的考慮，優(yōu)選地，所述頂電極40為金電極，當(dāng)所述頂電極40為金電極時(shí)，頂電極40與三元氧化物薄膜30之間更接近純歐姆接觸。

所述頂電極40和底電極20的制備方式可以為磁控濺射、熱蒸鍍或絲網(wǎng)印刷等。本申請(qǐng)對(duì)所述頂電極40和底電極20的具體制備材料和制備方式并不做限定，具體視實(shí)際情況而定。

相應(yīng)的，本申請(qǐng)實(shí)施例還提供了一種半導(dǎo)體器件的制備方法，如圖3所示，包括：

s101：制備三元氧化物溶膠，所述三元氧化物薄膜的化學(xué)通式為ao(abo3)n；

s102：在襯底表面制備底電極；

s103：利用所述三元氧化物溶膠在所述底電極背離所述襯底一側(cè)表面制備三元氧化物薄膜；

s104：在所述三元氧化物薄膜背離所述底電極一側(cè)表面制備頂電極。

可選的，所述三元氧化物薄膜30為rp結(jié)構(gòu)的(sro(srtio3)10)薄膜。

需要說(shuō)明的是，rp相鈦酸鍶(sro(srtio3)n)是一系列比較有特色的鈦酸鍶基功能材料，它們內(nèi)部是一層sro和一層tio2交替堆疊形成的立方層狀鈣鈦礦空間結(jié)構(gòu)。通常像這種層狀結(jié)構(gòu)的三元氧化物ao(abo3)n有著許多優(yōu)越的屬性，比如磁性、介電、光吸收、熱電、載流子傳導(dǎo)等。而且這些性能與合成材料時(shí)處于a位和b位的離子以及ao/abo3的比例大小n有關(guān)。當(dāng)材料內(nèi)b位離子是磁性離子時(shí)，材料能夠被誘導(dǎo)出磁性；當(dāng)摻入過(guò)渡金屬或者稀土元素時(shí)，材料能夠展現(xiàn)出良好的熱電性能；材料內(nèi)部電荷極化可以由制備過(guò)程中缺氧導(dǎo)致的氧空位引起，也可能是因?yàn)樘幵赼位的陽(yáng)離子同時(shí)具有兩個(gè)不同價(jià)態(tài)，而且b位也是多價(jià)陽(yáng)離子；如果b位陽(yáng)離子既帶有磁性又是多價(jià)態(tài)離子，那么在外場(chǎng)作用下可能同時(shí)具有多種特性，且它們之間相互影響。

參考圖2，在對(duì)本實(shí)施例提供的半導(dǎo)體器件進(jìn)行i-v曲線測(cè)試可以發(fā)現(xiàn)：這種結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件隨著兩端施加電壓的升高，半導(dǎo)體器件內(nèi)部的電流先增大到一極值點(diǎn)后突然變小最終維持在一個(gè)平穩(wěn)狀態(tài)，呈現(xiàn)出明顯的負(fù)微分電阻特性。這種結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)電子器件的高度集成，且穩(wěn)定性較高。所述底電極與鈦酸鍶基材料(sro(srtio3)10)薄膜間的界面勢(shì)壘對(duì)傳導(dǎo)機(jī)制的影響使得該結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件具有明顯的負(fù)微分效應(yīng)。

可選的，當(dāng)所述三元氧化物溶膠為(sro(srtio3)10)溶膠時(shí)，所述制備三元氧化物溶膠時(shí)，采用分析純級(jí)別乙酸鍶(sr(ac)2)，鈦酸四丁酯為原材料，無(wú)水乙醇和36％乙酸作為溶劑，乙酰丙酮作為穩(wěn)定劑。按照化學(xué)配比精準(zhǔn)稱量原料，將sr(ac)2和ti(oc4h9)4分別溶入36％乙酸和無(wú)水乙醇，在50℃下恒溫?cái)嚢柚钡匠浞秩芙?，得到澄清溶膠，具體地，參考圖4，所述制備三元氧化物溶膠包括：

s1011：向sr(ac)2溶液中滴入預(yù)設(shè)體積乙酰丙酮作為穩(wěn)定劑；

s1012：將ti(oc4h9)4溶液滴入加入穩(wěn)定劑的sr(ac)2溶液中，在滴入ti(oc4h9)4溶液的過(guò)程中不斷攪拌直至獲得穩(wěn)定澄清的sro(srtio3)10溶膠；

s1013：向所述穩(wěn)定澄清的sro(srtio3)10溶膠中加入乙酸和無(wú)水乙醇，以將所述穩(wěn)定澄清的sro(srtio3)10溶膠的ph值調(diào)整為5±0.5，并將所述穩(wěn)定澄清的sro(srtio3)10溶膠的濃度調(diào)整為0.3mol/l，獲得所述sro(srtio3)10溶膠。

可選的，參考圖5，當(dāng)所述三元氧化物溶膠為(sro(srtio3)10)溶膠時(shí)，所述利用所述三元氧化物溶膠在所述底電極背離所述襯底一側(cè)表面制備三元氧化物薄膜包括：

a：采用溶膠凝膠法在所述底電極背離所述襯底一側(cè)旋涂所述sro(srtio3)10溶膠；

b：對(duì)旋涂后的sro(srtio3)10溶膠進(jìn)行烘膠處理；

c：重復(fù)a和b步驟n次；

d：對(duì)步驟c獲得的產(chǎn)物在空氣氣氛中進(jìn)行退火處理，獲得所述sro(srtio3)10薄膜。

當(dāng)所述底電極為lanio3時(shí)，所述底電極的制備步驟與(sro(srtio3)10)薄膜的制備步驟類似，具體地，包括：

采用溶膠凝膠法在所述襯底上旋涂lanio3溶膠，并在一定的溫度氣氛條件下烘膠，以充分除去有機(jī)物，為達(dá)到合適厚度，反復(fù)n次旋涂烘膠，之后在空氣氣氛中750℃保溫15min快速退火，得到lanio3薄膜作為底電極。

在本申請(qǐng)的一個(gè)具體實(shí)施例中，n的取值為3，制備獲得的底電極和(sro(srtio3)10)薄膜的厚度的取值范圍為300nm-350nm，包括端點(diǎn)值。

當(dāng)頂電極為au電極時(shí)，其制備過(guò)程為采用au靶，工作真空度為0.09-0.1mmhg，放電電流為11ma，鍍膜時(shí)間為120秒，重復(fù)2-3次，以達(dá)到30-40nm左右厚度。

在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上，在本申請(qǐng)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，所述對(duì)旋涂后的sro(srtio3)10溶膠進(jìn)行烘膠處理包括：

e：將旋涂后的sro(srtio3)10溶膠在150℃環(huán)境下烘烤10min；

f：將步驟e得到的產(chǎn)物在300℃環(huán)境下烘烤60min。

綜上所述，本申請(qǐng)實(shí)施例提供了一種半導(dǎo)體器件及其制備方法，其中，所述半導(dǎo)體器件包括由下至上依次排列的襯底、底電極、三元氧化物薄膜和頂電極。所述半導(dǎo)體器件將鈦酸鍶材料(三元氧化物ao(abo3)n)應(yīng)用于器件結(jié)構(gòu)中，通過(guò)對(duì)于半導(dǎo)體器件的測(cè)試可以看出這種結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件隨著兩端施加電壓的升高，半導(dǎo)體器件內(nèi)部的電流先增大到一極值點(diǎn)后突然變小最終維持在一個(gè)平穩(wěn)狀態(tài)，呈現(xiàn)出明顯的負(fù)微分電阻特性。這種結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可以實(shí)現(xiàn)電子器件的高度集成，且穩(wěn)定性較高。

本說(shuō)明書(shū)中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見(jiàn)即可。

對(duì)所公開(kāi)的實(shí)施例的上述說(shuō)明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對(duì)這些實(shí)施例的多種修改對(duì)本領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)將是顯而易見(jiàn)的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實(shí)施例中實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會(huì)被限制于本文所示的這些實(shí)施例，而是要符合與本文所公開(kāi)的原理和新穎特點(diǎn)相一致的最寬的范圍。