[發明專利]多阻態阻變存儲器及利用其實現多阻態的方法

無效

• 申請號: 201110279718.5
• 申請日: 2011-09-20
• 公開（公告）號: CN102306706A
• 公開（公告）日: 2012-01-04
• 發明（設計）人: 劉力鋒;于迪;高濱;陳冰;張飛飛;康晉鋒
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;H01L27/24;G11C13/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 王瑩

技術領域

本發明涉及半導體制造技術領域，具體涉及一種多阻態阻變存儲器及利用其實現多阻態的方法。

背景技術

傳統的存儲器都是利用二進制來完成信息存儲的，即通常所說的0和1，隨著集成電路產業的發展，市場對于存儲器的性能要求也越來越高——低功耗、高速度、易集成和多值存儲等。在多值存儲中，要求每個節點可以產生多種(比如4種)穩定狀態(在阻變存儲器中即多個阻態)，從而與不同存儲值一一對應，多值存儲技術的應用可以改善存儲密度，提高存儲容量，對于存儲器的發展有巨大的推動作用。

阻變存儲器是一種利用材料電阻值變化來進行數據存儲的一項新技術，阻態改變可以通過外加偏壓來實現。阻變存儲器具有功耗小、工作電壓低、讀寫速度快等優點，同時阻變現象幾乎在各類材料中都有發現，因此阻變存儲器被認為是下一代新型存儲器的有力競爭者。

阻變存儲器的狀態轉換可以分為Set和Reset兩個過程，Set是指器件在外界激勵下(比如外加偏壓)由高阻態進入低阻態的過程，相反，Reset是指器件在外界激勵下(比如外加偏壓)由低阻態進入高阻態的過程。按照施加偏壓的方向可以把阻變存儲器分為單極阻變存儲器和雙極阻變存儲器兩大類，對于單極阻變存儲器而言，Set和Reset中施加的兩個偏壓方向相同，而對于雙極阻變存儲器而言Set和Reset中施加的兩個偏壓方向相反。

基于SiO₂的阻變存儲器已經表現出了良好的雙極阻變特性，具有功耗低和工藝兼容性好的優點，但其在多值存儲器方面的應用并未充分研究。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明所要解決的技術問題是：如何提供一種可以產生多級電阻態，能夠在一個單元內實現多位存儲，提高存儲器的存儲密度的多阻態阻變存儲器。

(二)技術方案

為解決上述技術問題，本發明提供了一種多阻態阻變存儲器，自上而下包括：頂電極、阻變層和底電極，其中所述阻變層為氧化物。

優選地，所述阻變層為SiO₂。

優選地，所述頂電極為活性電極，所述底電極為惰性金屬材料。

優選地，所述頂電極為金屬材料。

優選地，所述存儲器還包括位于底電極下層的襯底。

本發明還提供了一種利用所述的存儲器實現多阻態的方法，包括以下步驟：

S1、利用大限流的電流掃描完成對存儲器件的Forming操作；

S2、進行多級阻態的操作，該多級阻態的操作包括兩種方法，第一種操作方法為：將所述存儲器Reset為高阻態，然后對所述存儲器進行不同限流的Set掃描以獲得不同的低阻態；第二種操作方法為：將所述存儲器Set為低阻態，然后對所述存儲器進行不同限壓的Reset掃描以獲得不同的高阻態。

優選地，步驟S2具體為：

第一種操作方法中：利用電壓掃描將器件Reset為高阻態，然后通過不同限流的正向電流掃描來獲得不同的低阻態；第二種操作方法中，利用電流掃描將所述存儲器Set為低阻態，然后采用不同的限壓值對所述存儲器進行電壓掃描得到不同的高阻態，或者采用對所述存儲器進行脈沖掃描的方式得到不同的高阻態。

(三)有益效果

本發明多阻態阻變存儲器是一種基于SiO₂材料的MIM結構的器件，在適當的操作方法下該器件可以產生多級電阻態，能夠在一個單元內實現多位存儲，且能提高存儲器的存儲密度。多阻態阻變存儲器的阻變層采用基于SiO₂的材料，具有工藝簡單，與CMOS工藝兼容性好的優點。

附圖說明

圖1為本發明實施例的多阻態阻變存儲器的結構示意圖；

圖2為本發明實施例在Set過程中利用直流電流掃描實現不同低阻態的測試結果圖；

圖3為本發明實施例在Reset過程中利用直流電壓掃描實現不同高阻態的測試結果圖；

圖4為本發明實施例在Reset過程中利用電壓脈沖實現不同高阻態的測試結果圖；

圖5為本發明實施例的多級電阻態的保持特性的測試結果圖。

具體實施方式

下面對于本發明所提出的一種多阻態阻變存儲器(也成為多級阻變存儲器)，結合附圖和實施例詳細說明。