[發(fā)明專利]存儲元件和存儲裝置

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110184419.3
• 申請日: 2011-06-29
• 公開（公告）號: CN102376354A
• 公開（公告）日: 2012-03-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 保田周一郎;清宏彰;河內(nèi)山彰;紫牟田雅之;山田直美
• 申請（專利權(quán)）人: 索尼公司
• 主分類號: G11C13/00
• 分類號: G11C13/00;H01L45/00;H01L27/10
• 代理公司: 北京信慧永光知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11290
• 代理人: 陳桂香;武玉琴

相關(guān)申請的交叉參考

本申請包含與2010年7月7日向日本專利局提交的日本優(yōu)先權(quán)專利申請JP?2010-155046所公開的內(nèi)容相關(guān)的主題，因此將該日本優(yōu)先權(quán)申請的全部內(nèi)容以引用的方式并入本文。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及存儲元件，所述存儲元件根據(jù)在存儲層中觀察到的電特性的變化來存儲信息，所述存儲層包括離子源層和電阻變化層。本發(fā)明還涉及存儲裝置。

背景技術(shù)

目前普遍采用NOR型或NAND型閃存作為用于數(shù)據(jù)存儲的半導(dǎo)體非易失性存儲器。然而，考慮到寫入和擦除時需要高電平電壓并且被注入至浮動?xùn)艠O的電子的數(shù)量有限，這樣的半導(dǎo)體非易失性存儲器已經(jīng)被指出在微細(xì)加工方面存在局限性。

為了克服在微細(xì)加工方面的這種局限性，目前提出的下一代非易失性存儲器是諸如電阻式隨機存取存儲器(Resistance?Random?Access?Memory，ReRAM)或相變式隨機存取存儲器(Phase-Change?Random?Access?Memory，PRAM)等電阻變化型存儲器(例如，見日本專利申請公開公報特開第2006-196537號以及Waser等人在2009年Advanced?Materials，21，第2932頁的報道)。這些存儲器分別具有這樣的簡單結(jié)構(gòu)：該結(jié)構(gòu)包括設(shè)在兩個電極之間的電阻變化層。在日本專利申請公開公報特開第2009-43757號的存儲器中，替代上述電阻變化層的是，在第一電極與第二電極之間設(shè)置有離子源層和氧化物膜(存儲用薄膜)。關(guān)于上述這些電阻變化型存儲器，可以理解的是：原子或離子由于熱量或電場而發(fā)生移動，由此形成了傳導(dǎo)路徑從而使電阻值發(fā)生變化。

這樣的電阻變化型存儲器包括兩種類型，即：絲極型(filament?type)和非絲極型(non-filament?type)。對于絲極型存儲器，陽離子根據(jù)熱量或電場而發(fā)生移動，并且例如形成低電阻的傳導(dǎo)路徑(絲極)；對于非絲極型存儲器，陰離子發(fā)生移動。在非絲極型存儲器中，由電流或電壓引起的電阻變化是緩和的，從而易于控制電阻值。然而，由于面積依賴性，即，低電阻區(qū)域的電阻根據(jù)單元尺寸而變化，因此在微細(xì)加工方面依然存在著局限性。另一方面，絲極型存儲器由于形成了傳導(dǎo)路徑所以對單元尺寸沒有依賴性。該傳導(dǎo)路徑是由通過陽離子的擴散和還原而在電極與電阻變化層之間的界面上析出的金屬元素形成的。因此，期望將絲極型存儲器用作在微細(xì)加工方面沒有局限性的存儲器。

本發(fā)明關(guān)注的是，這樣的絲極型存儲器在一定程度的電壓下顯示出急劇的電阻變化。因此，導(dǎo)致了如下的缺點：對由所施加的電壓引起的電阻變化的可控性差，并且難以實現(xiàn)穩(wěn)定操作。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明的目的是期望提供能夠改善對由所施加的電壓引起的電阻變化的可控性的存儲元件和存儲裝置。

本發(fā)明實施方案的存儲元件包括依次設(shè)置的第一電極、存儲層和第二電極。所述存儲層包括設(shè)置在所述第一電極側(cè)的電阻變化層以及設(shè)置在所述第二電極側(cè)的離子源層。所述離子源層的電阻值高于所述電阻變化層的電阻值。所述電阻變化層的電阻值響應(yīng)于由施加到所述第一電極和所述第二電極上的電壓引起的組分變化而變化。

本發(fā)明實施方案的存儲裝置包括脈沖施加單元和多個存儲元件，各個所述存儲元件均包括依次設(shè)置的第一電極、存儲層和第二電極，所述脈沖施加單元選擇性地向所述多個存儲元件施加電壓脈沖或電流脈沖。在所述存儲裝置中，各所述存儲元件是本發(fā)明上述實施方案的存儲元件。

對于本發(fā)明上述實施方案的存儲元件(存儲裝置)而言，當(dāng)向初始狀態(tài)(高電阻狀態(tài))下的所述存儲元件施加“正向”(例如，所述第一電極側(cè)為負(fù)電位，而所述第二電極側(cè)為正電位)電壓脈沖或電流脈沖時，包含在所述離子源層中的金屬元素被離子化并在所述電阻變化層中擴散，隨后在所述第一電極處與電子結(jié)合而被析出，或者留在所述電阻變化層中并形成雜質(zhì)能級。結(jié)果，在所述存儲層內(nèi)形成了含有金屬元素的低電阻部(傳導(dǎo)路徑)，從而降低了所述電阻變化層的電阻(記錄狀態(tài))。當(dāng)在這種低電阻狀態(tài)下向所述存儲元件施加“負(fù)向”(例如，所述第一電極側(cè)為正電位，而所述第二電極側(cè)為負(fù)電位)電壓脈沖時，已析出在所述第一電極上的所述金屬元素被離子化，隨后溶解到所述離子源層中。因此，由所述金屬元素形成的所述傳導(dǎo)路徑消失，并且所述電阻變化層的電阻上升(初始狀態(tài)或擦除狀態(tài))。

這里，通過增大所述離子源層的電阻值使得所述離子源層的電阻值高于所述電阻變化層的電阻值，當(dāng)如上所述施加電壓脈沖或電流脈沖時，可以對傳導(dǎo)路徑的形成速度進行控制。因此，這就使得所述電阻變化層的電阻值的變化是緩和的。