[發明專利]阻變存儲單元的編程方法

無效

• 申請號: 201110220576.5
• 申請日: 2011-08-03
• 公開（公告）號: CN102915762A
• 公開（公告）日: 2013-02-06
• 發明（設計）人: 劉明;連文泰;龍世兵;呂杭炳;劉琦;謝常青
• 申請（專利權）人: 中國科學院微電子研究所
• 主分類號: G11C16/02
• 分類號: G11C16/02
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發明涉及微電子行業阻變存儲器技術領域，尤其涉及一種阻變存儲單元的編程方法。

背景技術

在半導體市場中，存儲器所占的份額在40％以上。由于便攜式電子設備的不斷普及，非易失性存儲器(None?Volatile?Memory，簡稱NVM)的市場需求迅速增長。非易失性存儲器的特點在于在不加電的情況下，也可以長時間的保存信息。具有功耗低、存取速度快等特點。目前，閃存(Flash)是非揮發存儲器的主流產品。但是閃存器件也有一些缺點，比如操作電壓過大、操作速度慢、耐久力不夠好。并且隨著器件不斷小型化的趨勢，閃存器件將會面臨許多難以解決的問題。

為了解決這些問題，出現了許多新型存儲器：鐵電存儲器(FeRAM)，磁性存儲器(MRAM)，相變存儲器(PRAM)，阻變存儲器(RRAM)。其中阻變存儲器因其具有簡單的器件結構、低壓低功耗操作、擦寫速度快和極佳的尺寸縮小性等優勢，并且其材料與當前CMOS工藝兼容等特點引起高度關注。眾多的材料體系被報道具有電阻轉變特性，如有機材料，固態電解液材料，多元金屬氧化物，二元金屬氧化物等。

目前，制約電阻轉變存儲器商業化的問題之一就是其轉變性能參數分布的均一性差，這對其讀寫操作極為不利。在傳統電壓編程的測試方法下，可以通過改變器件結構或縮小器件尺寸來克服該問題。然而，如果在不改變原有器件結構和尺寸的情況下，提高阻變存儲單元電阻轉變性能參數分布均一性成為研究的新課題。Kim教授等人通過制備雙層結構的器件來控制表面薄膜的結晶程度，限制局部的導電細絲的生長路徑，從而減小了導電細絲形成和破滅的隨機性，改善了阻變參數的均一性【D.C.Kim?et?al.，Improvement?of?resistive?memory?switching?in?NiO?using?IrO₂[J]，Appl.Phys.Lett.，2006(88)：232106.】。

申請人意識到現有技術中存在如下問題：阻變存儲單元中，導電細絲的生長路徑難于控制，導致其轉變性能參數分布的均一性差。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明的目的在于提供一種阻變存儲單元的編程方法，以達到提高阻變存儲單元電阻轉變性能參數均一性和編程速度的目的。

(二)技術方案

根據本發明的一個方面，提供了一種阻變存儲單元的編程方法。該方法包括：施加置位信號于阻變存儲單元，阻變存儲單元上電極和下電極之間形成導電細絲，阻變存儲單元轉變為低阻態；施加復位信號于阻變存儲單元，導電細絲部分溶解，阻變存儲單元由低阻態轉變為高阻態；再次施加置位信號于阻變存儲單元，部分溶解的導電細絲在置位信號的作用下，繼續生長，直至重新連接阻變存儲單元的上電極和下電極，阻變存儲單元由高阻態轉變為低阻態。

優選地，本發明阻變存儲單元的編程方法中，溶解導電細絲的長度占導電細絲總長度的比例介于1/4至1/2之間。

優選地，本發明阻變存儲單元的編程方法中，V_part＝(2/4～3/4)V_all，其中，V_part為使導電細絲部分溶解的復位信號電壓；V_all為使導電細絲全部溶解的復位信號電壓。

優選地，本發明阻變存儲單元的編程方法中，V_part取決于阻變存儲單元中阻變存儲材料的種類、厚度及制備阻變存儲單元的工藝條件。

優選地，本發明阻變存儲單元的編程方法中，T_part＝(2/4～3/4)T_all，其中，T_part為使導電細絲部分溶解的復位信號脈沖寬度；T_all為使導電細絲全部溶解的復位信號脈沖寬度。

優選地，本發明阻變存儲單元的編程方法中，阻變存儲單元包括：下電極；形成于下電極上的阻變材料層；形成與阻變材料層之上的上電極；阻變材料層的成分為以下材料中的一種或多種：ZrO；HfO；TiO；AlO；CuO；NiO；ZnO；MnO；SrZrO₃；Pr_1-xCa_xMnO₃，其中0≤x≤1。上電極和下電極的成分為以下材料中的一種或多種：鉑、鎳、銅、金、鎢、鉻、釕、銥、鈷。