[發明專利]電阻式隨機存儲器用多層薄膜結構的電阻轉變方式的調控

無效

• 申請號: 200910048823.0
• 申請日: 2009-04-03
• 公開（公告）號: CN101533669A
• 公開（公告）日: 2009-09-16
• 發明（設計）人: 李效民;楊蕊;于偉東;劉新軍;曹遜;王群;張亦文;楊長
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海硅酸鹽研究所
• 主分類號: G11C16/02
• 分類號: G11C16/02;G11C16/06;H01L45/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及電阻式隨機存儲器用多層薄膜結構的電阻轉變方式的調控， 更確切地說是在同一種存儲結構中實現和調控多種電阻轉變方式的方法，利 用這些電阻轉變方式可以制造具有不同信息存儲特征的電阻式隨機存儲器。 屬于非揮發性存儲器技術領域。

背景技術

目前，基于電脈沖誘發電阻可逆轉變效應(EPIR：Electrical?pulse?induced resistance-switching)的非揮發性電阻式隨機存儲器(RRAM：Resistance random-access?memory)的研究和開發受到了廣泛的關注。與其他種類的隨機 存儲器相比，這種存儲器具有高的存取速度、低的功耗、非破壞性讀出、抗 輻射等優勢，因此有望成為全面取代目前市場產品的新一代非揮發性存儲器。

RRAM基本存儲單元一般為金屬-絕緣層-金屬(MIM)多層薄膜結構。 其中，金屬為頂(底)電極，絕緣層為阻變層，一般為氧化物材料。這種存 儲器的數據擦/寫是通過MIM結構在外界電場作用下發生可逆電阻轉變來實 現的。目前，已見報道的可逆電阻轉變方式可分為兩類：一種是單極性的電 阻轉變(URS：unipolar?resistance?switching)。在URS中，電阻的升高(或降 低)不受所施加電壓的極性的控制，而是取決于所施加的電壓的大小。單極 性的電阻轉變效應一般出現在二元氧化物薄膜中(如TiO₂，NiO₂，ZrO₂等)， 其特點是電阻轉變率大(其中，電阻轉變率定義為(R_H-R_L)/R_L；R_H(R_L) 分別為高阻態(低阻態)的電阻值)，高低電阻態保持性好，但其電阻轉變次 數一般較少，閾值電壓較高，可操作性差。另一種為雙極性的電阻轉變(BRS： bipolar?resistance?switching)。在BRS中，電阻的升高(或降低)取決于所施 加電壓的極性。根據電阻轉變極性方向的不同，BRS還可以分為兩種：一種 為正向電壓掃描時電阻升高，而在負向電壓掃描時電阻降低，為了便于表述 定義為‘正’BRS(其中，正向電壓定義為電流從頂電極流入阻變層，從底 電極流出所對應的電壓方向)；另一種則為正向電壓掃描時電阻降低，負向電 壓掃描時電阻升高，定義為‘負’BRS。錳氧化物薄膜材料，如Pr_0.7Ca_0.3MnO₃(PCMO)，La_0.7Ca_0.3MnO₃(LCMO)等是典型的BRS材料。目前報道的BRS的 方向性主要是取決于頂電極材料，當活潑金屬材料為頂電極時，如Al，Ti， Sm等，一般表現為‘正向’BRS，而當惰性貴金屬為頂電極時，如Ag，Au 等，一般為‘負向’BRS。[1，T.Harada，I.Ohkubo，K.Tsubouci，H.Kumigashira， T.Ohnishi，M.Lippmaa，Y.Matsumoto，H.Koinuma?and?M.Oshima.Appl.Phys. Lett.92，222113(2008)；2，Masayuki?Fujimoto?and?Hiroshi?Koyama.Appl.Phys. Lett.91，223504(2007)]一般而言，雙極性電阻轉變的閾值電壓較低，轉變次 數多，可操作性較好，并且可實現多組態高密度的存儲，但是其電阻轉變率 較小。其中，‘負’雙極性電阻轉變速度較快，但其電阻轉變率較小，而‘正’ 雙極性電阻轉變的速度一般較慢，但其電阻轉變率一般高于‘負’雙極性的 電阻轉變率。因此，URS、‘正’BRS和‘負’BRS等電阻轉變方式均有優 缺點，如能在同一種結構中實現多種電阻轉變方式的調控，將有利于發揮其 各自的優勢，滿足實際信息存儲中的不同應用要求。目前還未見在同一種結 構實現多種電阻轉變方式調控的報道。

發明內容

本發明的目的是提供一種電阻式隨機存儲器用多層薄膜結構的電阻轉變 方式調控方法。

本發明中的存儲結構為多層薄膜結構，包括頂電極、阻變層和底電極。 本發明在制備出具有‘正’雙極性轉變效應的多層薄膜結構基礎上，在同一 存儲器結構中通過控制頂電極的厚度以及施加一個電壓掃描或脈沖作用實現 了單/雙電阻轉變以及‘正’/‘反’雙極性電阻轉變方式的調控。