[發明專利]硅基納米級交叉存儲器

有效

• 申請號: 200980152693.3
• 申請日: 2009-10-20
• 公開（公告）號: CN102265398A
• 公開（公告）日: 2011-11-30
• 發明（設計）人: 盧偉;趙成現;金局奐
• 申請（專利權）人: 密執安大學評議會
• 主分類號: H01L27/115
• 分類號: H01L27/115;H01L21/8247
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 臧霽晨;高為

技術領域

本發明涉及一種用于存儲器存儲的固態電阻裝置。

背景技術

近來，對電阻式隨機存取存儲器(RRAM)產生了高度關注，作為對超高密度非易失性信息存儲的潛在候選。典型的RRAM裝置包括夾在一對電極之間的絕緣體層，并表現出電脈沖引發的電阻滯后轉換效應。

通過由于二元氧化物(例如，NiO和TiQ₂)中的焦耳熱和電化學過程或者用于包括氧化物、硫屬化物和聚合物的離子導電體的氧化還原過程在絕緣體內形成導電絲說明了電阻轉換。還通過TiO₂和無定形硅(a-Si)膜中的離子的場致擴散說明了電阻轉換。

在a-Si結構的情況下，金屬離子到硅中的電壓感生擴散導致減小a-Si結構的電阻的導體絲的形成。這些絲在偏置電壓去除后仍保留，從而給裝置提供其非易失特性，并且它們能夠在反極性施加電壓的原動力作用下通過離子反向擴散回到金屬電極來去除。

通過夾在兩個金屬電極之間的a-Si結構形成的電阻裝置被示出為表現出該可控電阻特性。然而，這種裝置一般具有微米尺寸的絲，這可能阻止它們縮小至低于100納米的范圍。這種裝置可能還需要高形成電壓，這可能導致設備損壞并限制成品率。

發明內容

在一個方面，交叉型存儲器陣列包括第一材料的平行納米線的第一陣列和第二材料的平行納米線的第二陣列。該第一陣列和第二陣列彼此以一定角度定向。該陣列進一步包括多個非晶硅納米結構，其中，在兩個陣列的每個交叉處在第一材料的納米線與第二材料的納米線之間設有納米結構。納米結構與第一材料和第二材料的納米線一起形成電阻存儲器單元。

在另一方面，用于制造電阻存儲器裝置的陣列的方法包括：在襯底上形成第一材料的平行納米線的第一陣列。多個非晶硅納米結構形成在平行納米線的第一陣列上。該方法進一步包括：在多個非晶硅納米結構上形成第二材料的平行納米線的第二陣列。該第二陣列與第一陣列以一定角度定向，使得第一陣列和第二陣列的每個交叉均包括設置在第一材料的納米線與第二材料的納米線之間的非晶硅納米結構中的一個以形成電阻存儲器單元。

在又一方面，提供了一種非易失性固態電阻裝置。該裝置包括襯底以及襯底上的第一電極和n型硅第二電極。p型硅主體豎直地堆疊在第一電極和n型硅電極之間，并與n型硅第二電極相接觸，形成PN二極管。該裝置進一步包括豎直堆疊在第一電極和p型硅主體之間的非晶硅納米結構。

交叉型存儲器的實施可以包括以下特征中的一個或多個。交叉存儲器陣列的第一材料可以從以下金屬中選擇一種：銀(Ag)、金(Au)、鎳(Ni)、鋁(Al)、鉻(Cr)、鐵(Fe)、錳(Mn)、鎢(W)、釩(V)和鈷(Co)。所述多個非晶硅納米結構中的至少一個可以是在正好一個交叉點處提供第一陣列和第二陣列之間的接觸點的納米級柱。所述多個非晶硅納米結構中的至少一個可以是在多個交叉點處提供第一陣列和第二陣列之間的接觸點的納米線。第一陣列和第二平行陣列之間的角度可以基本等于直角。諸如旋涂玻璃(SOG)的絕緣體或介電材料可以至少部分地分開兩個陣列。交叉型存儲器陣列可以被用作電阻式隨機存取存儲器(RRAM)或只讀存儲器(ROM)。所述多個非晶硅納米結構中的每一個可以呈現可變電阻，該可變電阻可以基于施加到電阻式存儲器單元兩端的電壓或電流的幅值和/或所述電壓或電流的持續時間來調節。

用于制造電阻式存儲裝置陣列的方法的實施可以包括以下特征中的一個或多個。第一材料和第二材料可以分別為受體摻雜硅和金屬。第一材料可以是金屬并且第二材料可以是受體摻雜硅。第一材料和第二材料可以是彼此不同的金屬。在受體摻雜硅中使用的受體可以是硼。去除步驟可以包括反應離子蝕刻(RIE)。絕緣體可以是旋涂玻璃(SOG)，并且可以通過旋轉涂覆和熱固化法進行沉積。該方法可以包括使用一種或多種微制造技術，例如，電子束光刻、化學氣相沉積(CVD)、以及剝離(lift-off)。

潛在的優點可以包括以下這些。此處描述的交叉型存儲器陣列可以在產量、速度、耐久性和保持時間方面表現出極好的轉換特性，并且可以用作用于超高密度非易失性信息存儲的介質。a-Si基存儲器陣列的基于概率的偏壓和時間相關的轉換特性可以方便交叉型存儲器陣列應用于諸如人工智能和受生物啟發的系統的仿真的新應用中。

在附圖和隨后的描述中闡述了一個或多個實施例的細節。其他特征、目的和優點將從說明書、附圖以及權利要求中顯而易見。

附圖說明

將在下文中結合附圖描述示例性實施例，其中相似的參考標號表示相似的元件，并且其中：