[發明專利]基于異質結氧化物的憶阻元件

有效

• 申請號: 201180074219.0
• 申請日: 2011-10-21
• 公開（公告）號: CN103890943A
• 公開（公告）日: 2014-06-25
• 發明（設計）人: 楊建華;M·M·張;S·R·威廉姆斯
• 申請（專利權）人: 惠普發展公司;有限責任合伙企業
• 主分類號: H01L27/115
• 分類號: H01L27/115;H01L21/8247
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 韓宏;陳松濤

背景技術

不一定基于硅的存儲器（包括電阻隨機存取存儲器）作為新興技術顯示極大的前途。存儲器可基于二維電路、或包括憶阻（memristive）元件的堆疊的多層互連二維陣列（2D）的三維（3D）電路。這樣的電路可提供用于增加集成電路的性能和平面密度的可能解決方案。

附圖說明

附圖示出本文描述的原理的各種實施例，且是說明書的一部分。所示實施例僅僅是示例，且不限制權利要求的范圍。

圖1A和1B示出憶阻元件的示例的橫截面。

圖2示出憶阻元件的示例性布置。

圖3示出示例性電流-電壓曲線。

圖4A示出具有線性電流-電壓特性的示例性設備的電流-電壓曲線。

圖4B示出包括具有非線性電流-電壓特性的憶阻元件的示例性設備的電流-電壓曲線。

圖5示出包括憶阻元件的陣列的示例性多層結構。

圖6A示出包括憶阻元件的陣列的另一示例性多層結構。

圖6B示出圖6A的示例性多層結構的透視圖。

圖6C示出圖6A的示例性多層結構的頂視圖。

圖7A示出示例性憶阻元件的橫截面。

圖7B示出交叉陣列的原子力顯微圖像。

在整個附圖中，相同的附圖標記表示相似的但不一定相同的元件。

具體實施方式

在下面的描述中，為了解釋的目的，闡述了很多特定的細節，以便提供對當前的系統和方法的徹底理解。然而對本領域技術人員將明顯的是，系統和方法可在沒有這些特定細節的情況下被實施。在說明書中對“實施例”、“示例”或類似語言的提及意味著結合實施例或示例來描述的特定特征、結構或特性至少包括在一個實施例或示例中，但不一定在其它實施例或示例中。在說明書中的不同地方的短語“在一個實施例中”、“在一個示例中”或類似短語的各種實例不一定都指同一實施例或示例。

如在本文中使用的，術語“包括（includes）”意指包括但不限于，術語“包括（including）”意指包括但不限于。術語“基于”意指至少部分地基于。

在本文描述的是具有在穿過相鄰的憶阻元件的最少的潛行電流的情況下便于讀和寫操作有目標地應用于在2D或3D電路中的單獨憶阻元件的電子特性的憶阻元件。本文描述的憶阻元件基于憶阻元件的氧化物異質結而在低電阻狀態下展示出非線性電流-電壓特性。此外描述了多層結構，其為包括憶阻元件的堆疊的多層互連2D陣列的3D電路。

在本文提供的憶阻元件擁有在穿過相鄰的憶阻元件（即，半選擇設備）的最少的潛行電流的情況下便于電位（即，讀取電壓或寫電壓）有目地地施加到多層結構中的單獨憶阻元件的電流-電壓特性。也就是說，本文提供的憶阻元件的電流-電壓特性使得電位可在很小地激活多層結構中的相鄰憶阻元件的情況下施加到2D或3D電路中的給定憶阻元件。

本文描述的憶阻元件和多層結構可應用于能夠存儲信息的任何介質。在示例中，存儲在介質上的信息可由機器（包括計算機）讀取。這樣的介質的非限制性示例包括非易失性計算機可讀存儲器的形式，包括例如半導體存儲設備，例如動態隨機存取存儲器、電阻隨機存取存儲器、閃存、只讀存儲器、以及靜態隨機存取存儲器。

圖1A示出根據本文描述的原理的示例性憶阻元件100。憶阻元件100包括設置在第一電極110和第二電極115之間的活性區105。活性區105包括轉換（switching）層120和由摻雜劑源材料形成的導電層125。轉換層120由能夠攜載摻雜劑物質并在外加電位下傳輸摻雜劑的轉換材料形成。導電層125設置在轉換層120之間并與轉換層120電接觸。導電層125由摻雜劑源材料形成，該摻雜劑源材料包括能夠在外加電位下漂移到轉換層中并因而改變憶阻元件100的導電性的摻雜劑物質。當在第一方向上將電位施加到憶阻元件100時，轉換層產生過量摻雜劑。當電位的方向反轉時，電壓電位極性反轉，且摻雜劑的漂移方向反轉。轉換層產生了摻雜劑的缺陷。