[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2011年3月4日向日本专利局提交的日本在先专利申请JP 2011-48376的公开内容相关的主题，在这里将该在先申请的全部内容以引用的方式并入本文。

技术领域

本发明涉及一种基于存储层中出现的电特性变化来存储信息的存储元件和存储装置，所述存储层包括离子源层和电阻变化层。

背景技术

对于即使在关闭电源的情况下信息仍不能被擦除的非易失性存储器，目前提出了闪速存储器、FeRAM(铁电随机存取存储器，Ferroelectric Random Access Memory)、MRAM(磁性随机存取存储器，Magnetoresistive Random Access Memory)等。这些类型的存储器能够在没有供电的情况下长时间保持任何写入信息。但是，这些类型的存储器都各自有优点和缺点。具体来说，闪速存储器的封装密度确实高，但其缺点在于操作速度。FeRAM在用于实现更高的封装密度的精细加工上存在限制，而且在制作工艺上存在问题。MRAM在耗电方面存在问题。

考虑到这些问题，目前提出了一种新型存储元件，相对在精细加工方面存在限制的上述现有存储元件，该新型存储元件存在优势。该存储元件具有如下构造：在两个电极之间夹着包含特定金属的离子导体。在这样的存储元件中，两个电极中的一者包含与离子导体中所包含的金属相同金属。由此，在向两个电极之间施加电压时，电极中的金属作为电极中的离子扩散到离子导体中，从而改变离子导体的电阻值或诸如电容等电特性。作为一个示例，未经审查的日本第2002-536840号专利申请公开文本(PCT申请的公开日译文)和非专利文献1(Nikkei Electronics，2003年1月20日公开(pp.104))都记载了利用该特性的存储装置的结构。尤其是未经审查的日本第2002-536840号专利申请公开文本(PCT申请的公开日译文)提出：通过硫族元素的固溶体(solid solution)和金属来构成离子导体。具体地说，离子导体由AsS、GeS、GeSe的固体溶液及Ag、Cu和Zn形成，且两个电极中的一者包含Ag、Cu和Zn。

但是，对于具有上述结构的存储元件，当离子导体在电阻值为低(如，“1”)的存储状态下或在电阻值为高(如，“0”)的擦除状态下长期放置时，或者当离子导体在温度高于室温的空气中长期放置时，存在由于电阻值发生变化而无法保持信息的问题。如果信息保持的性能(电阻值保持特性)较低，则认为这样的元件特性不足以用于非易失性存储器。

为了将存储元件在擦除任何记录信息之后出现的电阻值变化作为数据进行存储，例如目前提出了具有“下部电极/GdOx/CuZrTeAlGe/上部电极”结构的存储元件(例如，参考未经审查的日本第2009-43757号专利申请公开文本)。但是，由于这类存储元件在电阻变化层中使用GdOx，所以用于擦除任何记录信息的操作所需要的电压具有相对高的电平。此外，例如，由于电阻值在擦除任何记录信息之后变化很大，所以期望进一步提高存储元件的保持特性。

另一方面，例如在未经审查的日本第2010-62247号专利申请公开文本中提出了用于解决上述问题的存储元件，该存储元件在电阻变化层中包括包含硫族元素的层。但是，此类存储元件仍不能产生足够的效果，因此期望进一步降低操作电压，且期望提高擦除记录信息之后的电阻值的保持特性。

发明内容

鉴于以上原因，期望提供能够以低电流进行良好操作并具有令人满意的保持特性的存储元件和存储装置。

本发明实施例的存储元件依次包括第一电极、存储层和第二电极。所述存储层包括：电阻变化层，其设置在所述第一电极一侧，且具有单层或多层结构，所述单层结构或多层结构包括如下层，所述单层结构或多层结构所包括的层的最主要组成是作为阴离子成分的碲；以及离子源层，其设置在所述第二电极一侧，且包含金属元素及一种或多种包括碲、硫和硒的硫族元素，而且所述金属元素包括铝，所述离子源层中的铝的含量为27.7原子％以上且47.4原子％以下。

本发明另一实施例的存储装置包括多个上述实施例的存储元件和用于选择性地向所述存储元件施加电压脉冲或电流脉冲的脉冲施加单元。