[发明专利]多位相变存储单元

说明书

技术领域

本发明涉及具有多位的相变存储单元，以及用于在这种单元中存储数据的方法。

背景技术

相变存储单元包括相变材料，相变材料通常地在低电阻状态和高电阻状态之间改变状态。常常使用硫属化物材料。这种材料可以在晶态下具有低电阻，而在非晶态下具有高电阻。在低电阻晶态下施加合适的电流会引起足够的发热以将状态改变为高电阻非晶态，称为复位。对高电阻非晶态施加合适的低电压会将材料变回低电阻晶态。

因此，单元可以用作存储单元，每个存储单元存储一位，由低或高电阻状态来表示。状态的改变是可逆的，使得可以根据需要来擦除和重新编程。

相变存储单元可以以垂直格式实现，如在WO2007/0732308(Philips/IMEC)中更详细解释的，WO2007/0732308还公开了合适的制造方法。

横向格式也是可能的，如在WO2006/123306(Philips/IMEC)中所示。

发明内容

根据本发明，提供了一种根据权利要求1所述的多位相变存储单元。

通过提供多个存储区域，可以得到每单元多于一位，并从而得到增加的数据存储。

这可以通过将存储区域布置为具有不同特性来实现。具体地，存储区域可以具有不同的电阻，使得所有存储区域的状态都可以仅通过测量电极之间的电阻来确定。存储区域还需要是独立可编程的，通过确保将每个区域的状态改变为高电阻状态所需要的复位电流和为将每个区域的状态改变为低电阻状态所需要的置位电压因元件的不同而不同，可以实现这一点。

每个存储区域可以是被宽度比存储区域大的区域所环绕的存储区域，即，存储区域可以具有减小的宽度。这种存储区域也可以称作颈缩(constriction)。

相变存储材料可以在每个不同的存储区域中具有不同的几何结构，以实现不同的电阻和编程条件。

在另一方面，本发明还涉及这种相变存储单元的操作方法。

附图说明

现在将参考附图仅通过示例来描述本发明的实施例，在附图中：

图1是本发明第一实施例的顶视图；

图2是本发明第二实施例的顶视图；

图3是本发明第三实施例的侧视图；

图4是本发明第四实施例的侧视图；

图5是本发明第五实施例的顶视图；

图6是本发明第六实施例的侧视图；

图是示意性的而不是按比例绘制的。图中相同或相似的组件具有相同的参考标号。

具体实施方式

参考图1，第一实施例涉及横向二位相变存储单元。相变存储材料2第一电极4与第二电极6之间横向地延伸，具有多个存储区域8。应注意，在实施例中电极4、6在相变存储材料2之上以允许与电极相接触。

从第一电极4开始，相变存储材料首先具有恒定宽度的第一片状物10，之后是宽度减少至第一颈缩14的第一锥形区域12，第一颈缩14具有恒定宽度W1和长度L1。接着是宽度为W2且长度为L2的中间区域16，以及长度为L3且宽度为L3的第二颈缩18。然后第二锥形区域20扩大宽度以连至第二片状物22，第二片状物22继而连接至第二电极。第一和第二颈缩14、18是第一和第二存储区域8。因此，在该实施例中，第一和第二存储区域串联地布置。

宽度和长度，尤其是第一和第二颈缩14、18的宽度和长度被选择为允许向第一和第二存储区域8独立地写入并且还允许独立地读取第一和第二存储区域8。

在具体示例中，L3＝W3，使得第二颈缩是正方形的，W3＜W1，以在第二颈缩18中获得比在第一颈缩14中获得的电流密度高的电流密度。这确保了将第二颈缩复位到高电阻状态所需的电流比为将第一颈缩复位到高电阻状态所需的电流要少。

此外，L1大约是W1的两倍，使得第一颈缩14的电阻大约是第二颈缩18的电阻的两倍。

为更好地理解，将给出具体示例；应理解的是，该示例仅仅是示例，电流、电阻和电压的值可以根据所使用的材料和其他因素而改变。

在该示例中相变存储材料2是硫属玻璃，可以通过施加电流使硫属玻璃从晶态转换到非晶态，并且可以通过施加电压使硫属玻璃从非晶态转换到晶态。

起初，考虑第一和第二颈缩14、18都是具有低电阻的晶体的情况。在这种状态下，第一和第二电极4、6之间的电阻大约是1kΩ。