[发明专利]一种电阻转换存储器单元

说明书

技术领域

本发明涉及半导体存储器的相关领域，具体地说是一种电阻转换存储器单元。

背景技术

非易失性半导体存储器在信息技术中占据了重要的地位，其销售额逐年增长，其应用在消费电子中更是无处不在，具有广阔的市场。目前，最常用的非易失性半导体存储器是闪存，而其他原理的新型存储器也不断涌现，随着闪存在32nm技术节点以下遇到技术瓶颈，新型半导体存储器将在不久的将来部分或者大幅取代闪存。例如，相变存储器，铁电存储器，RRAM(电阻随机存储)等，其中，相变存储器更被认为是下一代非易失存储器最有希望的候选，具有潜在的巨大的市场价值。

相变存储器的原理是基于相变材料相变导致的电阻的转变，而RRAM的原理则是基于金属氧化物在电信号作用下的电阻转变，尽管上述两种存储器的原理都是基于各种材料的电阻的大幅转变，但是目前，还没有在金属中发现电阻的大幅度的转变。

发明内容

本发明的目的是提供了一种储存介质为金属的电阻转换存储器单元，使得存储器获得较大的高、低电阻差异以及较好的数据保持能力。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

本发明公开了一种电阻转换存储器单元，存储器单元中的存储介质是金属，金属处于一对电极中间，电极的尺寸和形状可以相同，也可以不同。存储器操作时，通过电信号的操作，使存储器单元在高电阻和低电阻之间实现可逆的电阻转换，从而实现数据的存储功能。从而利用器件不同的电阻状态实现数据的存储，在数据存储中，可为双级存储，也可为多级存储。上述的电阻转换存储器单元中的存储介质是金属，同时，也应该包括对上述金属进行的适量掺杂，掺杂原子的原子百分比少于百分之十，掺杂材料种类可以是为氮、氧、钛、钨、硅、锗、钽、铝、银、金、锡、镍、铟、氧化物、氮化物中的一种或几种的组合。

或者，电极与金属层之间也可以包括一层过渡层，经过合理的预处理，使电极(或者过渡层)与金属层之间的界面发生扩散，电极(或者过渡层)与金属层之间相互的扩散效应改变了界面附近材料的组份，而特定的组份能够在电信号的作用下实现电阻的可逆转变，从而实现数据的存储。所述过渡层材料可以是钛、钨、硅、锗、钽、铝、银、金、锡、镍、铟、氧化物、氮化物中的一种或几种的组合。

作为优选方案：所述的存储介质为锑金属。

本发明优点在于：具有较大的高、低电阻差异以及较好的数据保持能力，且具有较快的速度和较低的功耗。

附图说明

图1A其中一种结构的存储器俯视结构示意图，图1B截面示意图，两图都是非等比例绘制。

图2A基于图1器件单元的低阻到高阻的操作过程，图2B图为高电阻器件单元的I-V曲线。

图3另一种结构的存储器截面结构图，非等比例绘制。

图4A基于上述器件单元的低阻到高阻的操作过程，B图为高电阻器件单元的I-V曲线。

图5上述器件的数据保持能力测试。

图6A锑金属经过百分之二原子比的钨掺杂得到的材料的电阻随温度的变化(升温以及降温过程)，图6B锑金属经过百分之一原子比的钛掺杂得到材料组份的电阻随温度的变化曲线。

图7A电极与金属层界面的放大示意图，图7B在界面经过扩散处理后，形成了一薄层，非等比例绘制。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步描述。

实施例1：

一种基于金属存储介质的电阻转换存储器单元件，如图1A所示的其中一类结构的器件俯视图，图中虚线所示部分经放大后的截面图如图1B所示。在此案例中，以锑金属作为存储介质为例说明。图1中，存储金属材料锑13与电极11的接触区域长度为50微米(即图的垂直方向)，12为介质材料氧化硅，14为硅基底。在图1B中，两电极之间的空隙宽度为20微米。将上述结构的器件的电阻值通过电信号编程设定到低电阻后，采用脉冲宽度为50ns的电压脉冲对器件单元进行编程，得到如图2A所示的典型的从低阻到高阻的编程曲线，由图可见，器件经过施加较低的电压就能够将器件设定到较高的电阻态；对高阻态的器件进行直流V-I的扫描，得到的V-I曲线如图2B所示，从图看到，器件仅需要较低的电流和电压就能够实现从高阻态到低阻态的转变。

实施例2：