[發(fā)明專利]碳/隧穿-勢(shì)壘/碳二極管

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201080063987.1
• 申請(qǐng)日: 2010-12-08
• 公開（公告）號(hào): CN102870246A
• 公開（公告）日: 2013-01-09
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: A.班德約帕德亞伊;F.克魯普爾;A.米尼亞;肖立
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 桑迪士克3D有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): H01L45/00
• 分類號(hào): H01L45/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 黃小臨

技術(shù)領(lǐng)域

該申請(qǐng)涉及二極管的技術(shù)。

背景技術(shù)

各種材料示出了可逆電阻率-切換行為，且如此可以適用于用作存儲(chǔ)器元件。具有可逆電阻率-切換行為的一類材料被稱為電阻改變存儲(chǔ)器(ReRAM)。已經(jīng)提出了過渡金屬氧化物用于ReRAM。具有可逆電阻率-切換行為的第二類材料被稱為相位改變存儲(chǔ)器(PCRAM)。已經(jīng)提出了可以在晶體狀態(tài)（低電阻）和非晶狀態(tài)（高電阻）之間改變的硫族化物（Chalcogenides）用于PCRAM。已經(jīng)提出了諸如碳聚合物、鈣鈦礦和氮化物的其他材料作為具有可逆電阻率-切換行為的存儲(chǔ)器元件。

在施加足夠的電壓、電流或其他刺激時(shí)，可逆電阻率切換材料切換到穩(wěn)定的低電阻狀態(tài)。該電阻率-切換是可逆的，以便隨后施加適當(dāng)?shù)碾妷骸㈦娏骰蚱渌碳た梢杂糜趯⒖赡骐娮杪是袚Q材料返回到穩(wěn)定的高電阻狀態(tài)?？梢灾貜?fù)該轉(zhuǎn)換許多次。對(duì)于一些切換材料，初始狀態(tài)是低電阻，而不是高電阻。

這些切換材料對(duì)于在非易失性存儲(chǔ)器陣列中的使用是有意義的。一類存儲(chǔ)器陣列被稱為交叉點(diǎn)陣列，其是通常沿著x軸（例如字線）且沿著y軸（例如位線）布置的存儲(chǔ)器元件的陣列。可以將數(shù)字值存儲(chǔ)作為存儲(chǔ)器電阻（高或低）?？梢酝ㄟ^向連接到所選存儲(chǔ)器元件的字線供應(yīng)電壓來讀取存儲(chǔ)器單元的存儲(chǔ)器狀態(tài)。該電阻或存儲(chǔ)器狀態(tài)可以被讀取為連接到所選存儲(chǔ)器單元的位線的輸出電壓或電流。例如，一個(gè)電阻狀態(tài)可以對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)“0”，而另一電阻狀態(tài)對(duì)應(yīng)于數(shù)據(jù)“1”。一些切換材料可以具有多于兩個(gè)穩(wěn)定的電阻狀態(tài)。

已知由可逆電阻率-切換元件形成的非易失性存儲(chǔ)器。例如，在2005年5月9日提交的題為“REWRITEABLE?MEMORY?CELL?COMPRISING?A?DIODE?AND?A?RESISTIVITY-SWITCHING?MATERIAL”的美國專利申請(qǐng)公開2006/0250836，其整體通過引用合并于此，其描述了一種包括與諸如金屬氧化物或金屬氮化物的可逆電阻率-可切換材料串聯(lián)耦合的二極管的可重寫非易失性存儲(chǔ)器單元。通過施加一個(gè)或多個(gè)編程信號(hào)以使得該可逆電阻率-切換從低電阻狀態(tài)改變到高電阻狀態(tài)來編程這種存儲(chǔ)器單元，這可以被稱為復(fù)位該存儲(chǔ)器單元。類似地，通過施加一個(gè)或多個(gè)編程信號(hào)以使得該可逆電阻率-切換從高電阻狀態(tài)改變到低電阻狀態(tài)來編程存儲(chǔ)器單元，這可以被稱為置位該存儲(chǔ)器單元。

已經(jīng)提出了交叉點(diǎn)存儲(chǔ)器陣列的操作的單極和雙極兩種模式。在雙極操作中，通過施加具有一個(gè)極性的電壓來建立該高電阻狀態(tài)，且通過施加具有相反極性的電壓來建立低電阻狀態(tài)。在單極操作中，通過施加相同極性的電壓來建立高電阻狀態(tài)和低電阻狀態(tài)。

一些存儲(chǔ)器陣列使用與可逆電阻率-切換元件串聯(lián)的操縱器件來控制用于置位和復(fù)位操作的電流。也就是說，通過交叉點(diǎn)存儲(chǔ)器陣列，選擇一些存儲(chǔ)器單元用于編程或讀取，而不選擇許多其他存儲(chǔ)器單元，因此在當(dāng)前操作期間這許多其他存儲(chǔ)器單元不應(yīng)該被編程或讀取。該操縱元件有助于控制在給定的操作期間哪些存儲(chǔ)器單元被編程或讀取。該操縱元件的例子是與每個(gè)可逆電阻率-切換元件串聯(lián)放置的p-i-n二極管。通過將適當(dāng)?shù)碾妷菏┘拥轿痪€和字線，可以分離地編程和讀取每個(gè)存儲(chǔ)器元件。但是，對(duì)于p-i-n二極管，單極切換可能是優(yōu)選的，因?yàn)榉崔D(zhuǎn)操作可能損壞p-i-n二極管。而且，單極操作可能遭受諸如需要高復(fù)位電流的問題。

而且，單極操作的切換率可以低于雙極操作的切換率。該切換率指的是展現(xiàn)適當(dāng)?shù)那袚Q行為的存儲(chǔ)器單元的百分比。因?yàn)槠谕哂懈咔袚Q率，可以期望具有與雙極切換兼容的存儲(chǔ)器單元。

交叉點(diǎn)存儲(chǔ)器陣列的雙極操作的一個(gè)提議是將金屬/絕緣體/金屬(MIM)二極管置于與電阻性存儲(chǔ)器單元串聯(lián)。但是，可能難以構(gòu)造具有諸如足夠高的前向偏置電流的期望屬性的MIM二極管。

附圖說明

圖1A是碳/隧穿-勢(shì)壘/碳二極管的圖。

圖1B描述碳/隧穿-勢(shì)壘/碳二極管的一個(gè)實(shí)施例的示例電流-電壓關(guān)系。

圖1C、1D和1E是碳/隧穿-勢(shì)壘/碳二極管的實(shí)施例。

圖2A描述在熱均衡時(shí)的碳/硅界面的示例能帶圖。

圖2B描述在正向偏壓(Vf)之下的碳/硅界面的一個(gè)實(shí)施例的示例能帶圖。

圖2C描述在反向偏壓(Vr)之下的碳/硅界面的一個(gè)實(shí)施例的示例能帶圖。

圖3A和3B描述碳/隧穿-勢(shì)壘/碳二極管的一個(gè)實(shí)施例的示例電流-電壓關(guān)系。

圖4A是存儲(chǔ)器單元的一個(gè)實(shí)施例的簡(jiǎn)化透視圖。

圖4B是由圖4A的多個(gè)存儲(chǔ)器單元形成的第一存儲(chǔ)器級(jí)的一部分的簡(jiǎn)化透視圖。