一种具有高耐压自限流性能的阻变型选通器及制备方法
阅读：1046发布：2020-11-26
专利汇可以提供一种具有高耐压自限流性能的阻变型选通器及制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种具有高耐压自限流性能的 阻变 型选通器及其制备方法，所述的阻变型选通器，结构包括从底部至顶部依次设置的衬底、底 电极 薄膜 、功能层薄膜和顶电极薄膜，且所述底电极薄膜的面积大于所述功能层薄膜的面积；每层材料薄膜层之间没有其他材料，相邻薄膜层之间通过一定程度的相互扩散形成多级次功能层，使所述阻变型选通器在高 电压 下仍保持低 电流 值，可有效抑制阻变器件集成阵列中的串扰电流；改善功能层薄膜在 真空 状态下沉积得到的成分偏析问题，使高 电阻 状态更稳定。使底电极薄膜与功能层薄膜之间形成一种特殊的材料界面效应，在大电压下将通过该选通器的电流稳定在一个极低的固定值，形成自限流效应，省略外加钳位电流。，下面是一种具有高耐压自限流性能的阻变型选通器及制备方法专利的具体信息内容。
1.一种具有高耐压自限流性能的阻变型选通器，其特征在于，结构包括从底部至顶部依次设置的衬底、底电极薄膜、功能层薄膜和顶电极薄膜，所述底电极薄膜的面积大于所述功能层薄膜的面积，所述底电极薄膜和顶电极薄膜均为金属薄膜，各薄膜层的厚度为10-
3000nm。
2.根据权利要求1所述的阻变型选通器，其特征在于，所述衬底为玻璃、单晶硅、石英、多晶硅、氮化铝中的任意一种；
所述底电极薄膜为镍、铜纳米线、铂、钨、金中的一种或几种的混合物；
所述顶电极薄膜为镍、铂、钨、金中的一种或几种的混合物；
所述功能性薄膜为氧化铪、碲化铋、氧化钛、氧化亚铜、氧化铝中的一种或几种的混合物。
3.权利要求1-2任一项所述阻变型选通器的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)衬底预处理：将衬底依次浸泡于洗洁精水、去离子水、无水乙醇、丙酮中进行超声清洗，干燥后，再将衬底进行等离子清洗，得到预处理后的衬底；
(2)底电极的制备：
通过物理气相沉积法在预处理后的衬底表面沉积第一层金属薄膜，作为底电极薄膜；
(3)功能层薄膜的制备：
通过物理气相沉积法在底电极薄膜的表面沉积功能层，并预留出部分底电极薄膜，以使沉积所得功能层的面积小于底电极薄膜的面积；
之后将所述沉积功能层后的层结构在真空或有氧环境中进行退火，即得所述功能层薄膜；
(4)多层界面结构构筑
通过物理气相沉积法在步骤(3)所述功能层薄膜的表面沉积第二层金属薄膜，作为顶电极薄膜，即得所述具有高耐压自限流性能的阻变型选通器。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，采用直流磁控溅射技术沉积底电极薄膜，具体操作如下：
(a1)将高纯度靶材放入磁控溅射仪的真空室中的直流台上，把衬底放置于样品台上；
(b1)对真空室抽真空，之后向真空室内充入氩气；
(c1)施加直流电压于紧接靶材的阴极和紧接基板后的阳极间，以在衬底上沉积底电极薄膜。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(a1)中，所述靶材与衬底之间的距离为50-90mm，所述样品台与直流台平面延长线的夹角为0-45度；
步骤(b1)中，控制真空室内的本底真空度为2.0×10-4-4.0×10-4Pa，充入氩气的流量为
10-50sccm，调节氩气压强为0.4-2.0Pa；
步骤(c1)中，直流电的电流为30-100mA，电压为0.3-1kV；工作气压为0.4-2.0Pa，溅射功率设为10-40W；
进行所述沉积的温度为40-450℃，进行所述沉积的时间为0.5-2.5h。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，采用直流或射频磁控溅射技术沉积所述功能层，具体操作如下：
(a2)将靶材放入磁控溅射仪的真空室中的直流或射频台上，把沉积底电极薄膜的衬底放置于样品台上；
(b2)对真空室抽真空，之后向真空室内充入氩气；
(c2)施加直流或交流电压于紧接靶材的阴极和紧接基板后的阳极间，以在底电极上沉积功能层薄膜。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(a2)中，所述靶材与衬底之间的距离为50-90mm，所述样品台与直流台或射频台平面延长线的夹角为0-45度；
步骤(b2)中，控制真空室内的本底真空度为2.0×10-4-4.0×10-4Pa，充入氩气的流量为
10-50sccm，调节氩气压强为1.0-2.5Pa；
步骤(c2)中，直流电或交流电的电流为50-120mA，电压为0.3-1kV；工作气压为0.2-
2.5Pa，溅射功率设为15-120W；
进行所述沉积的温度为100-450℃，进行所述沉积的时间为0.5-2.5h。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述真空或有氧环境下，退火温度为100-400℃，进行所述退火处理的时间为15-50min。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(4)中，采用直流磁控溅射技术沉积所述功顶电极薄膜，具体操作如下：
(a3)将靶材放入磁控溅射仪的真空室中的直流台上，把沉积底电极和功能层后的衬底放置于样品台上；
(b3)对真空室抽真空，之后向真空室内充入氩气；
(c3)施加直流电压于紧接靶材的阴极和紧接基板后的阳极间，以在功能材料层上沉积顶电极薄膜。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，步骤(a3)中，所述靶材与衬底之间的距离为50-90mm，所述样品台与直流台平面延长线的夹角为0-45度；
步骤(b3)中，控制真空室内的本底真空度为2.0×10-4-4.0×10-4，充入氩气的流量为
10-50sccm，调节氩气压强为0.4-2.0Pa；
步骤(c3)中，直流电的电流为30-100mA，电压为0.3-1kV；工作气压为0.4-2.0Pa，溅射功率设为10-40W；
进行所述沉积的温度为40-450℃，进行所述沉积的时间为0.5-2.5h。
一种具有高耐压自限流性能的阻变型选通器及制备方法
技术领域
[0001] 本发明属于选通器技术领域，具体涉及一种具有高耐压自限流性能的阻变型选通器及制备方法。
背景技术
[0002] 阻变器件技术是未来高密度、新一代存储、新一代运算技术的重要组成部分。从存储角度出发，以阻变器件作为存储器，具有功耗更低、速度更快的优势。从存算一体化的角度出发，相比于传统的冯诺依曼架构的计算架构，基于阻变器件的计算网络可以回避传统计算架构中总线速度有限的问题，提供了一种超越摩尔定律的技术途径。然而，随着阻变器件技术的日益成熟，其集成技术的难点日益凸显。在有源集成方案中，有源器件消耗了系统中巨大的面积和功耗。在无源集成方案中，阻变器件在低阻态下呈现欧姆导电特性，在读取相邻交叉点的阻值时容易产生串扰问题。当阵列变大或多层堆叠时串扰现象将更为严重。为阻变器件串联选通器的方式是解决以上串扰问题的有效途径。
[0003] 选通器是一种非线性电阻，具有抑制小电流的功能，可以有效遏制串扰问题，因此得到了广泛关注。选通器的自限流效应值得深入研究。通常阻变器件和选通器在低阻态都呈现电阻极低的状态，需要外加钳位电流控制电流稳定在固定值，防止短路，对器件和电路造成不可逆的击穿损伤。不需要外加钳位电流、可以控制自身电流在一稳定范围内的特性称为自限流特性。具有自限流特性的选通器可以保护自身及其串联的阻变器件不被高电压击穿破坏，并且可以省略外加钳位电流，为系统节省了功耗和面积开销。
[0004] 然而，现有技术中的选通器只具有电流抑制作用，而兼具高耐压、自限流两种性能的选通器尚未见报道。
发明内容
[0005] 为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提供了一种具有高耐压自限流性能的阻变型选通器及其制备方法。本发明所述方法制得的阻变型选通器，包括从底部至顶部依次设置的衬底、底电极薄膜、功能层薄膜和顶电极薄膜，每层材料薄膜层之间没有其他材料，相邻薄膜层之间通过一定程度的相互扩散形成多级次功能层。所述底电极薄膜、功能层薄膜和顶电极薄膜构成了半导体物理学中的多层MIM结构，具有显著的阻变开关特性，从而本发明所述阻变型选通器在高电压下仍可以保持低电流值，可以有效抑制阻变器件集成阵列中的串扰电流。
[0006] 本发明所采用的技术方案为：
[0007] 一种具有高耐压自限流性能的阻变型选通器，结构包括从底部至顶部依次设置的衬底、底电极薄膜、功能层薄膜和顶电极薄膜，所述底电极薄膜的面积大于所述功能层薄膜的面积，所述底电极薄膜和顶电极薄膜均为金属薄膜，各薄膜层的厚度为10-3000nm。
[0010] 所述顶电极薄膜为镍、铂、钨、金中的一种或几种的混合物；
[0012] 所述阻变型选通器的制备方法，包括如下步骤：
[0014] (2)底电极的制备：
[0016] (3)功能层薄膜的制备：
[0017] 通过物理气相沉积法在底电极薄膜的表面沉积功能层，并预留出部分底电极薄膜；
[0019] (4)多层界面结构构筑
[0020] 通过物理气相沉积法在步骤(3)所述功能层薄膜的表面沉积第二层金属薄膜，作为顶电极薄膜，即得所述具有高耐压自限流性能的阻变型选通器。
[0022] (a1)将高纯度靶材放入磁控溅射仪的真空室中的直流台上，把衬底放置于样品台上；
[0023] (b1)对真空室抽真空，之后向真空室内充入氩气；
[0025] 步骤(a1)中，所述靶材与衬底之间的距离为50-90mm，所述样品台与直流台平面延长线的夹角为0-45度；
[0026] 步骤(b1)中，控制真空室内的本底真空度为2.0×10-4-4.0×10-4Pa，充入氩气的流量为10-50sccm，调节氩气压强为0.4-2.0Pa；
[0027] 步骤(c1)中，直流电的电流为30-100mA，电压为0.3-1kV；工作气压为0.4-2.0Pa，溅射功率设为10-40W；
[0028] 进行所述沉积的温度为40-450℃，进行所述沉积的时间为0.5-2.5h。
[0029] 步骤(3)中，采用直流或射频磁控溅射技术沉积所述功能层，具体操作如下：
[0030] (a2)将靶材放入磁控溅射仪的真空室中的直流或射频台上，把沉积底电极薄膜的衬底放置于样品台上；
[0031] (b2)对真空室抽真空，之后向真空室内充入氩气；
[0032] (c2)施加直流或交流电压于紧接靶材的阴极和紧接基板后的阳极间，以在底电极上沉积功能层薄膜。
[0033] 步骤(a2)中，所述靶材与衬底之间的距离为50-90mm，所述样品台与直流台或射频台平面延长线的夹角为0-45度；
[0034] 步骤(b2)中，控制真空室内的本底真空度为2.0×10-4-4.0×10-4Pa，充入氩气的流量为10-50sccm，调节氩气压强为1.0-2.5Pa；
[0035] 步骤(c2)中，直流电或交流电的电流为50-120mA，电压为0.3-1kV；工作气压为0.2-2.5Pa，溅射功率设为15-120W；
[0036] 进行所述沉积的温度为100-450℃，进行所述沉积的时间为0.5-2.5h。
[0037] 步骤(3)中，所述真空或有氧环境下，退火温度为100-400℃，进行所述退火处理的时间为15-50min。
[0038] 步骤(4)中，采用直流磁控溅射技术沉积所述功顶电极薄膜，具体操作如下：
[0039] (a3)将靶材放入磁控溅射仪的真空室中的直流台上，把沉积底电极和功能层后的衬底放置于样品台上；
[0040] (b3)对真空室抽真空，之后向真空室内充入氩气；
[0041] (c3)施加直流电压于紧接靶材的阴极和紧接基板后的阳极间，以在功能材料层上沉积顶电极薄膜。
[0042] 步骤(a3)中，所述靶材与衬底之间的距离为50-90mm，所述样品台与直流台平面延长线的夹角为0-45度；
[0043] 步骤(b3)中，控制真空室内的本底真空度为2.0×10-4-4.0×10-4Pa，充入氩气的流量为10-50sccm，调节氩气压强为0.4-2.0Pa；
[0044] 步骤(c3)中，直流电的电流为30-100mA，电压为0.3-1kV；工作气压为0.4-2.0Pa，溅射功率设为10-40W；
[0045] 进行所述沉积的温度为40-450℃，进行所述沉积的时间为0.5-2.5h。
[0046] 本发明的有益效果为：
[0047] 本发明所述的具有高耐压自限流性能的阻变型选通器，结构包括从底部至顶部依次设置的衬底、底电极薄膜、功能层薄膜和顶电极薄膜，且所述底电极薄膜的面积大于所述功能层薄膜的面积，每层材料薄膜层之间没有其他材料，相邻薄膜层之间通过一定程度的相互扩散形成多级次功能层。所述底电极薄膜、功能层薄膜和顶电极薄膜构成了半导体物理学中的多层MIM结构，由于特殊薄膜沉积及退火工艺导致该结构在外加电压的作用下产生元素的迁移，留下空位促进了电子的隧穿效应，使其具有显著的阻变开关特性。在底电极与上层薄膜材料的界面处形成了一种特殊的界面，该界面附近形成电流饱和区，使本发明所述阻变型选通器在高电压下仍可以保持低电流值，可以有效抑制阻变器件集成阵列中的串扰电流。
[0048] (2)本发明所述方法，通过先在衬底表面沉积第一层金属薄膜作为底电极薄膜，再在底电极薄膜的表面沉积功能层，并预留出部分底电极薄膜，之后将所述功能层在真空或有氧环境中进行特殊工艺退火即得所述功能层薄膜；最后在所述功能层薄膜的表面沉积第二层金属薄膜作为顶电极薄膜，即得所述具有高耐压自限流性能的阻变型选通器。本发明所述方法有效改善功能层薄膜在真空状态下沉积得到的成分偏析问题，使高电阻状态更稳定。相较于现有技术中不采用本发明特殊退火工艺、仅仅使用磁控沉积的方法沉积功能层薄膜的方式，本发明方法有利于避免氧化物薄膜中缺少氧元素、并且富含金属元素的现象，即成分偏析现象。在发生成分偏析现象时，由于金属元素的赘余，氧化物薄膜将呈现出较好的导电性，呈现出低阻态的特性，而高阻态无法体现，也就是说，阻变开关特性将无法得以体现。再者，本发明通过对沉积功能层薄膜后的层结构进行退火处理，使底电极薄膜与功能层薄膜之间形成一种特殊的材料界面效应，该效应在大电压下将通过该选通器的电流稳定在一个极低的固定值，从而形成自限流效应，使得外加钳位电流得以省略。本发明所述方法，操作简便，成本低。附图说明
[0049] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0050] 图1为本发明实施例1-5所述具有高耐压自限流性能的阻变型选通器的制备流程图；
[0051] 图2本发明实施例1-5所述具有高耐压自限流性能的阻变型选通器的俯视图；
[0052] 图3为本发明实施例3所述具有高耐压自限流性能的阻变型选通器的功能层碲化铋的表面扫描电镜图；
[0053] 图4为本发明实施例5所述具有高耐压自限流性能的阻变型选通器的电流-电压特性曲线图。
[0054] 图中1-衬底，2-底电极薄膜，2’-退火处理后底电极薄膜，3-功能层薄膜，3’-退火处理后的功能层薄膜，4-顶电极薄膜。
具体实施方式
[0055] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。
[0056] 实施例1
[0057] 本实施例提供一种具有高耐压自限流性能的阻变型选通器，结构包括从底部至顶部依次设置的玻璃衬底、底电极薄膜镍、功能层薄膜氧化铪和顶电极薄膜镍，所述顶电极薄膜镍的表面呈圆柱状点阵型分布，所述圆柱状点阵的底面直径为30μm，所述底电极薄膜镍的面积大于所述功能层薄膜氧化铪的面积，所述玻璃衬底、底电极薄膜镍、功能层薄膜氧化铪和顶电极薄膜镍的厚度分别为1mm、500nm、300nm、500nm；如图1所示为所述阻变型选通器的制备流程图，具体步骤包括：
[0058] (1)衬底预处理：
[0059] 将玻璃衬底依次浸泡于洗洁精水、去离子水、无水乙醇、丙酮中进行超声清洗，干燥后，再将衬底进行等离子清洗，得到预处理后的衬底；
[0060] (2)沉积底电极薄膜镍
[0061] 利用直流磁控溅射方式在预处理后的玻璃衬底上沉积镍膜，具体操作如下：
[0062] (a1)将镍靶材放入磁控溅射仪的真空室中的直流台上，把玻璃衬底放置于样品台上，调节靶材与衬底之间的距离为90mm；靶材与衬底平面延长线的夹角为45度；
[0063] (b1)对真空室抽真空，控制真空室内的真空度为2.0×10-4Pa；之后向真空室内充入氩气，充入氩气的流量为25sccm，调节氩气压强为1.0Pa；
[0064] (c1)施加直流电压(电流为30mA，电压为0.5kV)于紧接靶材的阴极和紧接基板后的阳极间，以在衬底上沉积Ni膜；进行所述沉积的温度为450℃，进行所述沉积的时间为2.5h，工作气压为1.0Pa，溅射功率设为15W；沉积Ni膜的厚度为500nm；
[0065] (3)沉积功能层薄膜氧化铪
[0066] 利用射频磁控溅射方式在底电极镍薄膜的表面上沉积氧化铪膜，具体操作如下：
[0067] (a2)将HfO2靶材放入磁控溅射仪的真空室中的射频台上，把底电极镍薄膜放置于样品台上，调节靶材与底材之间的距离为50mm；靶材与底材平面延长线的夹角为0度；
[0068] (b2)对真空室抽真空，控制真空室内的真空度为2.0×10-4Pa；之后向真空室内充入氩气，充入氩气的流量为10sccm，调节氩气压强为1.0Pa；
[0069] (c2)施加交流电压(电流为120mA，电压为1kV)于紧接靶材的阴极和紧接基板后的阳极间，以在底电极薄膜上沉积氧化铪，并预留出部分底电极薄膜，以使沉积所得氧化铪的面积小于镍薄膜的面积(如图1所示)；之后将所述沉积氧化铪后的层结构在有氧环境下300℃进行退火50min，即得退火处理后的氧化铪薄膜(同时还获得退火处理后部分底电极薄膜，如图1所示)；进行所述沉积的温度为100℃，进行所述沉积的时间为2.5h，工作气压为0.2Pa，溅射功率设为120W；沉积氧化铪膜的厚度为300nm；
[0070] (4)沉积顶电极薄膜镍
[0071] 利用直流磁控溅射方式在步骤(3)所述氧化铪薄膜的表面上沉积镍膜，具体操作如下：
[0072] (a3)将镍靶材放入磁控溅射仪的真空室中的直流台上，把上述退火后的层结构置于样品台上，调节靶材与底材之间的距离为90mm；靶材与底材平面延长线的夹角为45度；
[0073] (b3)对真空室抽真空，控制真空室内的真空度为2.0×10-4Pa；之后向真空室内充入氩气，充入氩气的流量为25sccm，调节氩气压强为1.0Pa；
[0074] (c3)施加直流电压(电流为30mA，电压为0.5kV)于紧接靶材的阴极和紧接基板后的阳极间，以在衬底上沉积Ni膜；进行所述沉积的温度为450℃，进行所述沉积的时间为2.5h，工作气压为1.0Pa，溅射功率设为15W；沉积Ni膜的厚度为500nm；即得所述具有高耐压自限流性能的阻变型选通器。
[0075] 实施例2
[0076] 本实施例提供一种具有高耐压自限流性能的阻变型选通器，结构包括从底部至顶部依次设置的单晶硅衬底、底电极薄膜铜纳米线、功能层薄膜氧化亚铜和顶电极薄膜铂，所述顶电极薄膜镍的表面呈点阵型分布，点阵直径为30μm，，所述底电极铜纳米线薄膜的面积大于所述功能层氧化亚铜薄膜的面积；所述单晶硅衬底、底电极薄膜铜纳米线、功能层薄膜氧化亚铜和顶电极薄膜铂的厚度分别为1mm、3000nm、10nm、100nm；如图1所示为所述阻变型选通器的制备流程图，具体步骤包括：
[0077] (1)衬底预处理：
[0078] 将衬底依次浸泡于洗洁精水、去离子水、无水乙醇、丙酮中进行超声清洗，干燥后，再将衬底进行等离子清洗，得到预处理后的衬底；
[0079] (2)沉积底电极薄膜铜纳米线
[0080] 利用直流磁控溅射方式在预处理后的单晶硅衬底上沉积铜纳米线，具体操作如下：
[0081] (a1)将高纯铜靶材放入磁控溅射仪的真空室中的直流台上，把单晶硅衬底放置于样品台上，调节靶材与衬底之间的距离为50mm；靶材与衬底平面延长线的夹角为0度；
[0082] (b1)对真空室抽真空，控制真空室内的真空度为4.0×10-4Pa；之后向真空室内充入氩气，充入氩气的流量为10sccm，调节氩气压强为0.4Pa；
[0083] (c1)施加直流电压(电流为100mA，电压为0.3kV)于紧接靶材的阴极和紧接基板后的阳极间，以在衬底上沉积铜纳米线膜；进行所述沉积的温度为40℃，进行所述沉积的时间为1.5h，工作气压为0.4Pa，溅射功率设为30W；沉积铜膜的厚度为3000nm；
[0084] (3)沉积功能层薄膜氧化亚铜
[0085] 利用射频磁控溅射方式在底电极铜纳米线薄膜的表面上沉积氧化亚铜膜，具体操作如下：
[0086] (a2)将氧化亚铜靶材放入磁控溅射仪的真空室中的射频台上，把底电极薄膜放置于样品台上，调节靶材与底材之间的距离为90mm；靶材与底材平面延长线的夹角为45度；
[0087] (b2)对真空室抽真空，控制真空室内的真空度为4.0×10-4Pa；之后向真空室内充入氩气，充入氩气的流量为10sccm，调节氩气压强为1.0Pa；
[0088] (c2)施加交流电压(电流为50mA，电压为0.3kV)于紧接靶材的阴极和紧接基板后的阳极间，以在底材上沉积氧化铜薄膜，并预留出部分底电极薄膜，以使沉积所得氧化铜的面积小于铜纳米线薄膜的面积(如图1所示)；之后将所述沉积氧化铜薄膜后的层结构置于有氧环境下100℃进行退火15min，即得氧化亚铜薄膜(同时还获得退火处理后部分底电极薄膜，如图1所示)；进行所述沉积的温度为450℃，进行所述沉积的时间为0.5h，工作气压为2.5Pa，溅射功率设为15W；沉积氧化亚铜膜的厚度为10nm；
[0089] (4)沉积顶电极薄膜铂
[0090] 利用直流磁控溅射方式在步骤(3)所述氧化亚铜薄膜的表面上沉积薄膜铂，具体操作如下：
[0091] (a3)将铂靶材放入磁控溅射仪的真空室中的直流台上，把上述退火后的层结构置于样品台上，调节靶材与底材之间的距离为50mm；靶材与底材平面延长线的夹角为0度；
[0092] (b3)对真空室抽真空，控制真空室内的真空度为4.0×10-4Pa；之后向真空室内充入氩气，充入氩气的流量为10sccm，调节氩气压强为0.4Pa；
[0093] (c3)施加直流电压(电流为100mA，电压为0.4kV)于紧接靶材的阴极和紧接基板后的阳极间，以在衬底上沉积铂膜；进行所述沉积的温度为40℃，进行所述沉积的时间为0.5h，工作气压为1.0Pa，溅射功率设为40W；沉积铂膜的厚度为100nm；即得所述具有高耐压自限流性能的阻变型选通器。
[0094] 实施例3
[0095] 本实施例提供一种具有高耐压自限流性能的阻变型选通器，结构包括从底部至顶部依次设置的石英衬底、底电极薄膜铂、功能层薄膜碲化铋和顶电极薄膜铂，所述顶电极薄膜镍的表面呈点阵型分布，点阵直径为30μm，所述底电极薄膜铂的面积大于所述功能层薄膜碲化铋的面积；所述石英衬底、底电极薄膜铂、功能层薄膜碲化铋和顶电极薄膜铂的厚度分别为1mm、100nm、300nm、100nm；如图1所示为所述阻变型选通器的制备流程图，具体步骤包括：
[0096] (1)衬底预处理：
[0097] 将衬底依次浸泡于洗洁精水、去离子水、无水乙醇、丙酮中进行超声清洗，干燥后，再将衬底进行等离子清洗，得到预处理后的衬底；
[0098] (2)沉积底电极薄膜铂
[0099] 利用直流磁控溅射方式在预处理后的石英衬底上沉积铂膜，具体操作如下：
[0100] (a1)将铂靶材放入磁控溅射仪的真空室中的直流台上，把上述退火后的层结构置于样品台上，调节靶材与底材之间的距离为50mm；靶材与底材平面延长线的夹角为0度；
[0101] (b1)对真空室抽真空，控制真空室内的真空度为4.0×10-4Pa；之后向真空室内充入氩气，充入氩气的流量为10sccm，调节氩气压强为0.4Pa；
[0102] (c1)施加直流电压(电流为100mA，电压为0.4kV)于紧接靶材的阴极和紧接基板后的阳极间，以在衬底上沉积铂膜；进行所述沉积的温度为40℃，进行所述沉积的时间为0.5h，工作气压为1.0Pa，溅射功率设为40W；沉积铂膜的厚度为100nm；
[0103] (3)沉积功能层薄膜碲化铋
[0104] 利用直流磁控溅射方式在底电极铂薄膜的表面上沉积碲化铋膜，具体操作如下：
[0105] (a2)将碲化铋靶材放入磁控溅射仪的真空室中的直流台上，把底电极铂薄膜放置于样品台上，调节靶材与底材之间的距离为90mm；靶材与底材平面延长线的夹角为45度；
[0106] (b2)对真空室抽真空，控制真空室内的真空度为2.0×10-4Pa；之后向真空室内充入氩气，充入氩气的流量为50sccm，调节氩气压强为2.5Pa；
[0107] (c2)施加直流电压(电流为80mA，电压为0.3kV)于紧接靶材的阴极和紧接基板后的阳极间，以在底材上沉积碲化铋，并预留出部分底电极薄膜，以使沉积所得碲化铋的面积小于铂薄膜的面积(如图1所示)；之后将所述沉积碲化铋的层结构在真空环境下300℃进行退火15min，即得碲化铋膜(同时还获得退火处理后部分底电极薄膜，如图1所示)；进行所述沉积的温度为400℃，进行所述沉积的时间为1h，工作气压为2.5Pa，溅射功率设为24W；沉积碲化铋膜的厚度为300nm；
[0108] (4)沉积顶电极薄膜铂
[0109] 利用直流磁控溅射方式在步骤(3)所述碲化铋薄膜的表面上沉积铂膜，具体操作如下：
[0110] (a3)将铂靶材放入磁控溅射仪的真空室中的直流台上，把上述退火后的层结构置于样品台上，调节靶材与底材之间的距离为50mm；靶材与底材平面延长线的夹角为0度；
[0111] (b3)对真空室抽真空，控制真空室内的真空度为4.0×10-4Pa；之后向真空室内充入氩气，充入氩气的流量为10sccm，调节氩气压强为0.4Pa；
[0112] (c3)施加直流电压(电流为100mA，电压为0.4kV)于紧接靶材的阴极和紧接基板后的阳极间，以在衬底上沉积铂膜；进行所述沉积的温度为40℃，进行所述沉积的时间为0.5h，工作气压为1.0Pa，溅射功率设为40W；沉积铂膜的厚度为100nm；即得所述具有高耐压自限流性能的阻变型选通器。
[0113] 实施例4
[0114] 本实施例提供一种具有高耐压自限流性能的阻变型选通器，结构包括从底部至顶部依次设置的多晶硅衬底、底电极薄膜钨、功能层薄膜氧化钛和顶电极薄膜钨，所述顶电极薄膜镍的表面呈点阵型分布，点阵直径为30μm，所述底电极薄膜钨的面积大于所述功能层薄膜氧化钛的面积，所述多晶硅衬底、底电极薄膜钨、功能层薄膜氧化钛和顶电极薄膜钨的厚度分别为1mm、200nm、100nm、200nm；如图1所示为所述阻变型选通器的制备流程图，具体步骤包括：
[0115] (1)衬底预处理：
[0116] 将多晶硅衬底依次浸泡于洗洁精水、去离子水、无水乙醇、丙酮中进行超声清洗，干燥后，再将衬底进行等离子清洗，得到预处理后的衬底；
[0117] (2)沉积底电极薄膜钨
[0118] 利用直流磁控溅射方式在预处理后的多晶硅衬底上沉积钨膜，具体操作如下：
[0119] (a1)将钨靶材放入磁控溅射仪的真空室中的直流台上，把多晶硅衬底放置于样品台上，调节靶材与衬底之间的距离为90mm；靶材与衬底平面延长线的夹角为45度；
[0120] (b1)对真空室抽真空，控制真空室内的真空度为2.0×10-4Pa；之后向真空室内充入氩气，充入氩气的流量为50sccm，调节氩气压强为2.0Pa；
[0121] (c1)施加直流电压(电流为30mA，电压为0.33kV)于紧接靶材的阴极和紧接基板后的阳极间，以在衬底上沉积钨膜；进行所述沉积的温度为250℃，进行所述沉积的时间为1.5h，工作气压为2.0Pa，溅射功率设为10W；沉积钨膜的厚度为200nm；
[0122] (3)沉积功能层薄膜氧化钛
[0123] 利用射频磁控溅射方式在底电极钨薄膜的表面上沉积氧化钛膜，具体操作如下：
[0124] (a2)将氧化钛靶材放入磁控溅射仪的真空室中的射频台上，把底电极钨薄膜放置于样品台上，调节靶材与底材之间的距离为50mm；靶材与底材平面延长线的夹角为0度；
[0125] (b2)对真空室抽真空，控制真空室内的真空度为2.0×10-4Pa；之后向真空室内充入氩气，充入氩气的流量为25sccm，调节氩气压强为1.0Pa；
[0126] (c2)施加交流电压(电流为120mA，电压为1kV)于紧接靶材的阴极和紧接基板后的阳极间，以在底材上沉积氧化钛，并预留出部分底电极薄膜，以使沉积所得氧化钛的面积小于钨薄膜的面积(如图1所示)；之后将所述沉积所述氧化钛的层结构在有氧环境下200℃进行退火20min，即得退火处理后的所述氧化钛薄膜(同时还获得退火处理后部分底电极薄膜，如图1所示)；进行所述沉积的温度为300℃，进行所述沉积的时间为2.0h，工作气压为1.0Pa，溅射功率设为120W；沉积氧化钛膜的厚度为100nm；
[0127] (4)沉积顶电极薄膜钨
[0128] 利用直流磁控溅射方式在步骤(3)所述氧化钛薄膜的表面上沉积钨膜，具体操作如下：
[0129] (a3)将钨靶材放入磁控溅射仪的真空室中的直流台上，把氧化钛膜放置于样品台上，调节靶材与衬底之间的距离为90mm；靶材与衬底平面延长线的夹角为45度；
[0130] (b3)对真空室抽真空，控制真空室内的真空度为4.0×10-4Pa；之后向真空室内充入氩气，充入氩气的流量为50sccm，调节氩气压强为2.0Pa；
[0131] (c3)施加直流电压(电流为30mA，电压为0.33kV)于紧接靶材的阴极和紧接基板后的阳极间，以在衬底上沉积钨膜；进行所述沉积的温度为250℃，进行所述沉积的时间为1.5h，工作气压为2.0Pa，溅射功率设为10W；沉积钨膜的厚度为200nm；即得所述具有高耐压自限流性能的阻变型选通器。
[0132] 实施例5
[0133] 本实施例提供一种具有高耐压自限流性能的阻变型选通器，结构包括从底部至顶部依次设置的氮化铝衬底、底电极薄膜金、功能层薄膜氧化铝和顶电极薄膜金，所述顶电极薄膜金的表面呈点阵型分布，点阵直径为30μm，所述底电极薄膜金的面积大于所述功能层薄膜氧化铝的面积；所述氮化铝衬底、底电极薄膜金、功能层薄膜氧化铝和顶电极薄膜金的厚度分别为1mm、100nm、50nm、100nm；如图1所示为所述阻变型选通器的制备流程图，具体步骤包括：
[0134] (1)衬底预处理：
[0135] 将氮化铝衬底依次浸泡于洗洁精水、去离子水、无水乙醇、丙酮中进行超声清洗，干燥后，再将衬底进行等离子清洗，得到预处理后的衬底；
[0136] (2)沉积底电极薄膜金
[0137] 利用直流磁控溅射方式在预处理后的氮化铝衬底上沉积金膜，具体操作如下：
[0138] (a1)将金靶材放入磁控溅射仪的真空室中的直流台上，把氮化铝衬底放置于样品台上，调节靶材与衬底之间的距离为90mm；靶材与衬底平面延长线的夹角为45度；
[0139] (b1)对真空室抽真空，控制真空室内的真空度为4.0×10-4Pa；之后向真空室内充入氩气，充入氩气的流量为25sccm，调节氩气压强为1.0Pa；
[0140] (c1)施加直流电压(电流为30mA，电压为1kV)于紧接靶材的阴极和紧接基板后的阳极间，以在衬底上沉积金膜；进行所述沉积的温度为250℃，进行所述沉积的时间为0.5h，工作气压为1.0Pa，溅射功率设为30W；沉积金膜的厚度为100nm；
[0141] (3)沉积功能层薄膜氧化铝
[0142] 利用射频磁控溅射方式在底电极金薄膜的表面上沉积氧化铝膜，具体操作如下：
[0143] (a2)将氧化铝靶材放入磁控溅射仪的真空室中的射频台上，把底电极金薄膜放置于样品台上，调节靶材与底材之间的距离为50mm；靶材与底材平面延长线的夹角为0度；
[0144] (b2)对真空室抽真空，控制真空室内的真空度为2.0×10-4Pa；之后向真空室内充入氩气，充入氩气的流量为25sccm，调节氩气压强为1.0Pa；
[0145] (c2)施加交流电压(电流为120mA，电压为1kV)于紧接靶材的阴极和紧接基板后的阳极间，以在底材上沉积氧化铝，并预留出部分底电极薄膜，以使沉积所得氧化铝的面积小于金薄膜的面积(如图1所示)；之后将所述沉积氧化铝的层结构在300℃进行退火30min，即得退火处理后的所述氧化铝薄膜(同时还获得退火处理后部分底电极薄膜，如图1所示)；进行所述沉积的温度为100℃，进行所述沉积的时间为1h，工作气压为1.0Pa，溅射功率设为120W；沉积氧化铝膜的厚度为50nm；
[0146] (4)沉积顶电极薄膜金
[0147] 利用直流磁控溅射方式在步骤(3)所述氧化铝薄膜的表面上沉积金膜，具体操作如下：
[0148] (a3)将金靶材放入磁控溅射仪的真空室中的直流台上，把氧化铝薄膜放置于样品台上，调节靶材与衬底之间的距离为90mm；靶材与衬底平面延长线的夹角为45度；
[0149] (b3)对真空室抽真空，控制真空室内的真空度为4.0×10-4Pa；之后向真空室内充入氩气，充入氩气的流量为25sccm，调节氩气压强为1.0Pa；
[0150] (c3)施加直流电压(电流为30mA，电压为1kV)于紧接靶材的阴极和紧接基板后的阳极间，以在衬底上沉积金膜；进行所述沉积的温度为250℃，进行所述沉积的时间为0.5h，工作气压为1.0Pa，溅射功率设为30W；沉积金膜的厚度为100nm；即得所述具有高耐压自限流性能的阻变型选通器。
[0151] 对比例1
[0152] 本对比例提供一种阻变型选通器，与实施例1的区别仅在于：沉积顶电极之前的退火条件不同，具体为：
[0153] 对所述底电极和功能层多层薄膜不进行退火操作，在功能层表面直接沉积顶电极，制得的阻变器件不具有自限流效应。
[0154] 对比例2
[0155] 本对比例提供一种阻变型选通器，与实施例1的区别仅在于：沉积顶电极之前的退火条件不同，具体为：
[0156] 对所述底电极和功能层多层薄膜进行80℃条件下退火操作，然后在其表面沉积顶电极，制得的多层膜不具有阻变效应。
[0157] 对比例3
[0158] 本对比例提供一种阻变型选通器，与实施例3的区别仅在于：步骤(3)中，功能层沉积温度不同，具体为：
[0159] 对所述功能层在40℃条件下进行沉积操作，然后在其表面沉积顶电极，制得的多层薄膜不具有阻变效应。
[0160] 实验例
[0161] 对实施例1-5、对比例1-3所得膜材料进行形貌和性能检测，具体如下。
[0162] 如图2所示为实施例1-5所述具有高耐压自限流性能的阻变型选通器的俯视图，从图中可以看出：底电极整体性薄膜，薄膜平铺满整个衬底，顶电极为圆柱状阵列结构，通过电极尺寸的设计，阻变选通器形成了基本结构。
[0163] 如图3所示为实施例3所述具有高耐压自限流性能的阻变型选通器的扫描电镜图，从图中可以看出：功能层碲化铋薄膜结构致密，薄膜表面平整，说明采用该实验参数可以制备出具有致密结构的碲化铋为功能层的选通器。
[0164] 如图4所示为实施例5所述具有高耐压自限流性能的阻变型选通器的电流-电压特性曲线图，从图中可以看出：器件的电流随着电压的升高发生突变，电流值可以在不增加钳位电流的条件下持续稳定，且在较高电压下仍能维持器件的工作特性，说明采用该实验参数可以制备出具有致密结构的自限流高耐压阻变型选通器。
[0165] 以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
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