[发明专利]一种阻变型非易失性存储器及其操作方法

说明书

本发明公开了一种阻变型非易失性存储器及其操作方法，该阻变型非易失性存储器包括由底栅、栅氧化层、源极以及漏极与半导体层构成的底栅底接触式薄膜晶体管以及顶栅与源极或者漏极的交叠部分构成的一阻变型存储器；其中半导体层上方设置顶栅，下方两侧分别设置有源极和漏极，半导体层位于源极和漏极之间的部分称为沟道，沟道底部与栅氧化层接触，栅氧化层下方设置有底栅。本发明提供的半导体阻变型存储器相较于传统的阻变型存储器而言具有结构紧凑，单元尺寸较小等优点。基于本发明的阻变型存储器的操作方法能够有效地进行存储。

技术领域

本发明涉及一种非易失性存储器以及非易失性存储器实现信息存储和获取的操作方法，具体为一种阻变型非易失性存储器及其操作方法。

背景技术

平板显示广泛应用于电视、计算机和手机等各类电子设备中，极大地改变了人们的生活方式，当前平板显示产业已成为我国国民经济中举足轻重的产业。薄膜晶体管和非易失性存储器是构成平板显示的基本器件，前者主要起着开关和驱动的作用，后者则主要起着信息存储的作用。对于薄膜晶体管和非易失性存储器，它们的性能都与半导体层的材料密切相关。传统非晶硅半导体材料的均匀性好，但迁移率低；而多晶硅半导体材料的迁移率高，但均匀性差。相比之下，铟镓锌氧化物(InGaZnO)半导体同时具有均匀性好、迁移率高的优点，并且制备工艺简单，因此特别适合作为下一代平板显示的半导体材料。此外，InGaZnO还是一种优秀的阻变材料，可用于构造阻变型非易失性存储器。一个典型的InGaZnO阻变型存储器由上电极/InGaZnO/下电极组成，它通过电阻的变化来实现信息的存储。与传统InGaZnO电荷型非易失性存储器相比，InGaZnO阻变型存储器具有工作电压低、功耗低、工作速度快的优点；但是，其存储单元由一个阻变存储器(相当于一个可变电阻，用于信息存储)串联一个晶体管(用作选择开关)组成，即其存储单元由两个元器件构成，而电荷型存储器的存储单元仅由一个晶体管组成。因此，相比于电荷型存储器，InGaZnO阻变型存储器具有单元尺寸偏大的缺点，这不仅严重妨碍了存储器尺寸的缩小及存储密度的提高，而且还恶化了平板显示的开口率、分辨率等性能指标。

发明内容

发明目的：本发明提供了一种阻变型非易失性存储器，该存储器能够克服现有技术中该类存储器存在的单元尺寸偏大的问题；本发明还提供了多种该存储器的操作方法，且均可实现信息存储。

技术方案：一种阻变型非易失性存储器，包括底栅底接触式薄膜晶体管和阻变型存储器；其中，阻变型存储器包括顶栅、InGaZnO半导体层、源极和漏极，顶栅设置在InGaZnO半导体层上，InGaZnO半导体层下方凸起部分为沟道，沟道两侧分别设置有源极和漏极，顶栅与源极或漏极有交叠，交叠区域的长度在0.5μm～5μm，交叠是为了保证顶栅与源极或漏极之间构成InGaZnO阻变型存储器，合适的交叠长度可以降低器件的制作难度，使得器件制备过程中即使存在工艺偏差，顶栅与源极或漏极也能存在交叠；但如果交叠长度太长，会使得顶栅与源极或漏极之间产生一个大的寄生电容，恶化器件性能,而且交叠区中的InGaZnO如果离沟道太远，则它的电阻变化对总的沟道电阻的影响甚微。顶栅与源极和漏极之间的垂直间距在10nm～50nm，如果间距太小，顶栅与源极和漏极之间容易短路，从而导致整个器件不能工作；如果间距太大，则需要在顶栅与源极和漏极之间施加大电压才能使InGaZnO产生阻变效应，这增加了器件的功耗。

其中，InGaZnO半导体层下方的沟道的长度为交叠区域的1～5倍。沟道尺寸越长，则总的沟道电阻越大。如果沟道太长，则由于源极或漏极附近的沟道边缘的InGaZnO产生的电阻变化对总的沟道电阻影响不大，甚至是忽略不计，这会造成器件不能工作；如果沟道长度太短，则源极与漏极距离太近，会发生相互干扰，从而影响器件正常工作。