[发明专利]存储元件和存储装置

说明书

相关申请的交叉参考

本申请包含与2010年9月16日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2010-208466所公开的内容相关的主题，因此将该日本优先权申请的全部内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及存储元件，所述存储元件根据在存储层中观察到的电特性的任何变化来存储信息，所述存储层包括离子源层和电阻变化层。本发明还涉及存储装置。

背景技术

目前普遍采用NOR型或NAND型闪存作为用于数据存储的半导体非易失性存储器。然而，考虑到写入和擦除时需要高的电压并且考虑到要被注入至浮动栅极的电子的数量有限，这样的半导体非易失性存储器已经被指出在微细化加工方面存在局限性。

为了克服在微细化加工方面的这种局限性，目前提出的下一代非易失性存储器是诸如电阻式随机存取存储器(Resistance Random Access Memory，ReRAM)或相变式随机存取存储器(Phase-Change Random Access Memory，PRAM)等电阻变化型存储器(例如，见日本专利申请公开公报特开第2009-164467号)。这些存储器分别具有这样的简单结构：该结构包括设在两个电极之间的电阻变化层。在日本专利申请公开公报特开第2009-43757号的存储器中，替代上述电阻变化层的是，在第一电极与第二电极之间设置有离子源层和氧化物膜(存储用薄膜)。

这些电阻变化型存储器中的电阻变化的原理被认为是基于如下原因：由于热量或电场使得原子或离子从离子源层移动到电阻变化层，因而在该电阻变化层内部形成了传导路径，但是目前还不清楚上述原因的细节。目前主要的理论是：伴随着氧化还原而发生的离子微迁移导致电阻值发生变化(例如，见Wei，Z.Kanazawa，et al.Electron Device Meeting，2008.IEDM 2008.IEEE International)。此外，对于可移动离子为GeSe中的铜(Cu)的电阻变化型存储元件而言，观察到了电阻随机变化的现象。已经出现了关于这种电阻变化的报道，这种电阻变化是因为用作传导路径的部分中的可移动离子的热迁移而导致的(例如，见Rainer Waser et al.Advanced Materials 21，no.25-26(2009)：2632-2663)。

现在存在问题是：近来，期望存储装置具有小的尺寸和大的容量。为了满足这种期望，所要达到的目标是通过在单个芯片上集成多个存储元件来实现容量的增大。

然而，现有技术的电阻变化型存储器(存储元件)分别具有各自的电特性。如果芯片上的多个存储元件中的任何一个在电特性上显著不同，那么所得到的芯片就会由于超出了操作裕度(operation margin)因而是不合格的。因此，对于装载有多个存储元件的芯片来说，各存储元件的相互不同的电特性对芯片特性有很大的影响，因而不利地降低了芯片的成品率。

发明内容

鉴于上述情况，本发明的目的是期望提供具有更小范围的元件间电特性差异的存储元件和存储装置。

本发明实施例的存储元件包括依次设置的第一电极、存储层和第二电极。所述存储层包括电阻变化层和离子源层。所述电阻变化层包括多个层，这些层中的可移动原子的扩散系数相互不同；所述离子源层布置在所述电阻变化层与所述第二电极之间。

具体地，所述电阻变化层包括位于所述第一电极侧的第一层以及位于所述第一层与所述离子源层之间的第二层。在所述第一层中，所述可移动原子的扩散系数在室温下为1.0×10^-21m²/s以下。

本发明另一实施例的存储装置包括脉冲施加部和多个存储元件，各个所述存储元件均包括依次设置的第一电极、存储层和第二电极，所述脉冲施加部选择性地向所述多个存储元件施加电压脉冲或电流脉冲。在所述存储装置中，所述存储元件是本发明上述实施例的存储元件。