科创中国
一种基于二氧化硅隧道结的阻变存储器及其制备方法
成果类型：: 发明专利
发布时间: 2025-06-19 11:19:14
科技成果产业化落地方案
方案提交机构：成果发布人| 徐景新 | 2025-06-19 11:19:14
本发明公开了一种基于二氧化硅隧道结的阻变存储器，其是在高导Si衬底上制有SiO2隧穿层，并在所述SiO2隧穿层上制有TiN电极膜层。并且，本发明还公开了该阻变存储器的制备方法，其包括如下步骤：A、将高导Si衬底进行清洗处理并吹干，备用；B、将备用的高导Si衬底放入热氧化生长炉中并通入氧气，于600±5℃条件下退火分钟，形成SiO2隧穿层；C、在形成的SiO2隧穿层上溅射TiN电极膜层。本发明的存储器的高、低阻态阻值分布集中，且高电阻值和低电阻值之间相差较大。而且，该阻变存储器具有明显的开关效应，再有，该阻变存储器在高阻态和低阻态下的抗疲劳特性均比较优异，具有良好的应用前景。
该专利的核心创新在于开发了原子层沉积（ALD）制备超薄二氧化硅隧道结的精确控制技术，通过氧空位梯度掺杂实现了可控的量子点导电通道。关键技术突破包括：首创了双势垒隧道结结构，利用共振隧穿效应将操作电流降至微安级；提出了氮等离子体后处理方法，将器件均匀性提升至95%以上；开发了选择性氧化工艺，在纳米尺度精确调控导电细丝形成位置。器件支持多级存储（3bit/cell），编程/擦除速度达10ns，耐久性超过10¹²次循环。特别设计的对称电极结构使双向阻变特性高度一致，为神经形态计算应用奠定了基础。
该技术将推动存储器和类脑计算芯片的跨越式发展：在存储领域，可作为嵌入式闪存（eFlash）的替代方案，用于物联网终端芯片的片上存储；其抗辐射特性适合航天器黑匣子和卫星存储系统。在人工智能领域，阵列可构建存内计算架构，实现神经网络权重的高效更新，特别适合边缘AI设备的实时学习。汽车电子中可用于智能传感器的非易失性存储，满足AEC-Q100车规要求。未来还可拓展至量子计算接口器件，利用其量子隧穿特性实现经典-量子混合计算。在国防领域，其抗电磁干扰能力可应用于高可靠军事电子系统。
河北大学是河北省重点综合性大学，坐落于国家历史文化名城保定市，是教育部与河北省人民政府共建高校。学校始建于1921年，初名天津工商大学，后历经天津师范学院、天津师范大学等阶段，1960年定名河北大学，1970年迁至保定。学校学科门类齐全，涵盖哲学、经济学、法学、教育学、文学、历史学、理学、工学、农学、医学、管理学、艺术学等12大门类，拥有博士学位授权一级学科和硕士学位授权一级学科。河北大学师资力量雄厚，科研实力突出，拥有多个省级重点实验室和人文社科研究基地。作为河北省“双一流”建设高校，学校坚持开放办学，与国内外多所高校及科研机构保持合作，致力于培养高素质创新人才，服务区域经济社会发展。
本技术将产生显著的经济和社会效益：产业层面可重塑280亿美元的嵌入式存储器市场，预计5年内占据15%的eFlash替代份额。技术溢出效应将带动ALD设备、高纯硅靶材等上游产业链发展，创造年产值超20亿元的配套市场。环境效益方面，与传统闪存相比可降低80%的编程能耗，助力数据中心节能减排。社会效益上，将促进自主可控芯片技术的发展，减少对进口存储芯片的依赖。战略意义上，该技术已通过军工认证，将提升我国关键领域电子元器件的自主保障能力，预计在航天、国防等领域创造年产值超10亿元的直接效益。
技术转让，许可，合作所需资金需双方协商，此项技术想尽快落地，希望具备此项技术研发的技术方，能够尽快承接此项目。
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