[發明專利]電阻變化元件的驅動方法及使用它的電阻變化型存儲裝置

有效

• 申請號: 200980106187.0
• 申請日: 2009-02-25
• 公開（公告）號: CN101952893A
• 公開（公告）日: 2011-01-19
• 發明（設計）人: 村岡俊作;高木剛;島川一彥
• 申請（專利權）人: 松下電器產業株式會社
• 主分類號: G11C13/00
• 分類號: G11C13/00;H01L27/10
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 陳萍

技術領域

本發明涉及電阻變化元件的驅動方法。更詳細地講，涉及電阻對應于被施加的電壓脈沖而變化的電阻變化元件的驅動方法和使用它的電阻變化型存儲裝置。

背景技術

隨著電子設備的數字技術的發展，為了保存圖像等的數據，非易失性電阻變化元件的大容量化、寫入功率的降低、寫入/讀出時間的高速化、以及長壽命化的要求提高。對于這樣的要求，據說已有的使用浮柵的FLASH存儲器在微細化方面存在極限。

作為有可能能夠對應于上述要求的第1現有技術，提出了使用鈣鈦礦材料(例如Pr(1-x)CaXMnO₃[PCMO]、LaSrMnO₃[LSMO]、GdBaCoXOY[GBCO]等)的非易失性電阻變化元件(參照專利文獻1)。該技術是對鈣鈦礦材料施加極性不同的電壓脈沖(持續時間較短的波狀的電壓)而使其電阻值增大或減少、通過使數據對應于變化的電阻值而存儲數據的技術。

此外，作為能夠以相同極性的電壓脈沖切換電阻值的第2現有技術，還有利用變遷性金屬氧化膜的電阻值因對該變遷性金屬氧化物(NiO、V₂O、ZnO、Nb₂O₅、TiO₂、WO₃或CoO)的膜施加脈沖寬度不同的電壓脈沖而變化的性質的非易失性電阻變化元件(參照專利文獻2)。在使用變遷性金屬氧化物膜的電阻變化元件中，實現了將使用了二極管的交叉點型存儲器陣列層疊的結構。

專利文獻1：美國專利第6204139號說明書

專利文獻2：日本特開2004-363604號公報

但是，在上述第1現有技術中，判明具有動作的穩定性及再現性不充分的問題。進而，在Pr_0.7Ca_0.3MnO₃那樣的具有鈣鈦礦構造的氧化物結晶中，為了其結晶化而通常需要650℃～850℃的高溫，所以如果導入到半導體制造過程中，則還有其他材料劣化的問題。

此外，在上述第2現有技術中，由于使電阻值從低電阻狀態變化為高電阻狀態時的電壓的脈沖寬度為1msec以上很長，所以還存在難以進行高速動作的問題，希望能夠進行穩定的高速動作的電阻變化元件的實現。

發明內容

本發明的第1目的是提供一種實現穩定的高速動作的電阻變化元件的驅動方法及使用它的電阻變化型存儲裝置。

此外，本發明的第2目的是提供一種能夠在低溫下制造的電阻變化元件、并且實現其穩定的高速動作的電阻變化元件的驅動方法、以及使用它的電阻變化型存儲裝置。

本發明者們銳意研究了在電阻變化元件的電阻變化層中使用的材料和其驅動方法。發現通過在電阻變化層中使用作為鉭氧化物的TaO_X的X處于規定的范圍內的材料、采用某種規定的驅動方法，能夠高速地實現非常穩定的電阻變化。進而，在這樣的結構的電阻變化層的形成中，還發現制造溫度很低(例如是室溫)。

即，達到上述第1目的是有關本發明的電阻變化元件的驅動方法，是驅動非易失性的電阻變化元件的方法，該非易失性的電阻變化元件具備由對應于被施加的電氣脈沖的極性而變遷為高電阻狀態和低電阻狀態的金屬氧化物構成的電阻變化層、及連接在上述電阻變化層上的第1及第2電極，具有：寫入過程，通過對上述第1及第2電極間施加的第1極性的寫入電壓脈沖，使上述電阻變化層從低電阻狀態變遷為高電阻狀態；及擦除過程，通過施加在上述第1及第2電極間的、與上述第1極性的電壓脈沖不同的第2極性的擦除電壓脈沖，使上述電阻變化層從高電阻狀態變遷為低電阻狀態；在上述寫入過程中，如果設制造上述電阻變化元件后的第1次的寫入時的上述寫入電壓脈沖的電壓值為Vw1、設制造上述電阻變化元件之后的第2次以后的寫入時的上述寫入電壓脈沖的電壓值為Vw，則對上述第1及第2電極間施加上述寫入電壓脈沖，以滿足|Vw1|＞|Vw|。

更詳細地講，在上述第1次的寫入時，使上述電阻變化層的電阻值從初始電阻值變遷為比上述初始電阻值高的第1電阻值；在上述第2次以后的寫入時，使上述電阻變化層的電阻值從第2電阻值變遷為比上述第2電阻值高的第3電阻值；上述初始電阻值是上述第2電阻值以下。

由此，在制造電阻變化元件后的第1次的寫入時，施加絕對值比第2次以后的寫入時大的電壓值的寫入電壓脈沖，所以電阻變化元件穩定且高速地變遷為低電阻狀態和高電阻狀態。