[發明專利]存儲元件

無效

• 申請號: 201110221477.9
• 申請日: 2011-08-03
• 公開（公告）號: CN102376887A
• 公開（公告）日: 2012-03-14
• 發明（設計）人: 五十嵐実;荒谷勝久
• 申請（專利權）人: 索尼公司
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 北京信慧永光知識產權代理有限責任公司 11290
• 代理人: 褚海英;武玉琴

相關申請的交叉引用

本申請包含與2010年8月11日向日本專利局提交的日本專利申請JP2010-180489中公開的相關主題并要求其優先權，將其全部內容通過引用并入此處。

技術領域

本發明涉及一種通過非晶態半導體層的導電型的變化而寫入/擦除信息的存儲元件。

背景技術

隨著諸如信息通信設備、尤其是便攜式設備等個人小型設備的飛速傳播，需要構成所述設備的諸如存儲器和邏輯器件等元件能實現更高的性能，例如更高的集成度、更高的速度和更低的功率。為進一步提高性能，正在積極研究與開發諸如半導體閃存或FeRAM(鐵電隨機存取存儲器)等非易失性存儲器。

近年來，被視為有前景的非易失性存儲器之一為相變存儲器(例如參見S.Hudgens等，“Overview?of?Phase-Change?Chalcogenide?Nonvolatile?Memory?Technology”，MRS?BULLETIN，NOVEMBER?2004，p.829)。相變存儲器在兩個電極之間具有硫族化物半導體層，所述電極之一連接于選擇二極管或選擇晶體管，并且硫族化物半導體層的一部分與所述電極之一接觸。通過產生焦耳熱，硫族化物半導體層在其與電極的界面中從低電阻的晶態向高電阻的非晶態或者從非晶態向晶態變化。當晶態設定為“1”且非晶態設定為“0”時，通過讀取電阻狀態的變化，可彼此區分“1”和“0”。對應于狀態“1”的電阻值直方圖和對應于狀態“0”的電阻值直方圖為電阻分離特性，該電阻分離特性是提高存儲器性能的重要特性。

用于相變存儲器的非晶態硫族化物為包含硫族元素(S、Se、Te)的玻璃，并且以Ge₂Sb₂Te₅等為代表。玻璃和非晶態材料幾乎為同義詞。玻璃和非晶態材料均為固體，而不類似于液體，不具有晶體結構的長程序。這里，將不存在明確的玻璃轉化點的材料定義為非晶態材料。

在硫族化物半導體層中的非晶態和晶態之間的相變總是伴隨著潛熱，因此被歸類為所謂的第一種相變。這里定義的第一種相變涉及吉布斯(Gibbs)自由能G的一階微分(下列表達式(1))不連續的情況。在此情況中，不連續發生在體積或焓中。在表達式(1)中，p表示系統的壓力，而T表示系統的絕對溫度。第一種相變所必需的潛熱等于焓的不連續，而在系統壓力或溫度恒定的狀態下，發生吸熱反應或放熱反應。

(∂G∂P)T]]>或(∂G∂T)P......(1)]]>

在基于所述第一種相變的相變存儲器中，當硫族化物半導體層從晶態向非晶態變化時，輸入焦耳熱的幾乎一半被作為潛熱而吸收。換言之，在相關技術的相變存儲器中，必須產生高于潛熱的焦耳熱，并且在原理上難以大幅降低功耗。

在第一種相變中，溫度必須上升超過硫族化物半導體的熔點。由于溫度上升，在硫族化物半導體層周邊的材料被熱損傷地非常嚴重。

而且，第一種相變伴隨有與相變前后的晶態-非晶態重構相對應的約百分之幾的大的體積變化，于是，由于硫族化物半導體層的熱膨脹系數和電極的熱膨脹系數之間的差異，發生膜剝落現象。這種溫度上升和體積變化限制了重寫次數及可靠性。

發明內容

因此，期望提供一種可實現低功耗和高可靠性的存儲元件。