[發(fā)明專利]電阻開關(guān)材料元件以及采用該電阻開關(guān)材料元件的器件

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310349372.0
• 申請日: 2013-08-12
• 公開（公告）號: CN103579500A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 金京旻;金英培;金昌楨;金成鎬;金世珍;李承烈;張晚;趙銀珠
• 申請（專利權(quán)）人: 三星電子株式會社
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;H01L27/24
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 弋桂芬

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及用于電阻開關(guān)（resistance?switching）材料元件的方法和設(shè)備以及采用該電阻開關(guān)材料元件的裝置。

背景技術(shù)

當(dāng)利用電阻開關(guān)性質(zhì)且以包括交叉（crossbar）結(jié)構(gòu)的單元的形式集成的元件被用作存儲器件時，由于從相鄰存儲單元產(chǎn)生的干擾信號而存在數(shù)據(jù)可能沒有能被準(zhǔn)確地讀取或?qū)懭氲膯栴}。這是因為當(dāng)從交叉結(jié)構(gòu)中的單元讀取數(shù)據(jù)或?qū)?shù)據(jù)寫入到其上時，部分電信號必然施加到相鄰的存儲單元。為了解決該問題，諸如開關(guān)或整流二極管的選擇器（selector）被連接到每個存儲單元以阻止部分電信號，但是結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜。

根據(jù)常規(guī)方法，為了連接選擇器以及利用電阻開關(guān)性質(zhì)的元件，制造具有選擇器性質(zhì)的元件，然后將該元件連接到電阻開關(guān)元件。然而，在此情形下，由于不僅選擇器的工藝數(shù)目和材料成本增加，而且一般選擇器的結(jié)構(gòu)具有至少三層的金屬/非金屬/金屬的結(jié)構(gòu)，所以元件的整體厚度會增大，于是對于具有厚度限制的元件難以使用常規(guī)的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了具有自整流性質(zhì)（固有地包括選擇器的性質(zhì)）以克服經(jīng)濟(jì)和結(jié)構(gòu)的限制的電阻開關(guān)材料元件、以及采用該電阻開關(guān)材料元件的裝置。

額外的方面將在以下的描述中被部分地闡述，并將部分地從該描述而顯然，或者可以通過實踐給出的實施例而獲知。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種電阻開關(guān)材料元件包括：電阻開關(guān)材料層，設(shè)置在第一電極與第二電極之間；以及自整流層，設(shè)置在電阻開關(guān)材料層與第一和第二電極中的任一個之間。

自整流層可以設(shè)置為接觸電阻開關(guān)材料層。

自整流層可以設(shè)置為具有根據(jù)所施加的電壓而改變的隧穿機(jī)制。

自整流層可以設(shè)置為在第一電壓具有電流的流動受到限制的直接隧穿性質(zhì)，以及在比第一電壓高的第二電壓具有電流的流動迅速增加的隧穿性質(zhì)。

自整流層可以包括在自整流層的厚度方向上具有不同的導(dǎo)帶偏移的第一區(qū)域和第二區(qū)域。

自整流層可以設(shè)置為使得第一和第二區(qū)域中的，與向所述電阻開關(guān)材料層施加用于產(chǎn)生電阻變化的電流的方向更靠近的其中一個區(qū)域具有相對大的導(dǎo)帶偏移。

第一和第二區(qū)域可以設(shè)置為具有約0.5eV或更大的導(dǎo)帶偏移差。

第一和第二區(qū)域可以設(shè)置為具有大于或等于約1.0eV且小于或等于約4.0eV的導(dǎo)帶偏移差。

自整流層可以具有包括至少兩個層的結(jié)構(gòu)，該至少兩個層包括具有第一區(qū)域的第一電介質(zhì)材料層和具有第二區(qū)域的第二電介質(zhì)材料層，該第二電介質(zhì)材料層由與第一電介質(zhì)材料層不同類型的材料形成。

第一和第二電介質(zhì)材料層中的任一層可以是具有相對大的導(dǎo)帶偏移的低電介質(zhì)材料層，另一層可以是具有相對小的導(dǎo)帶偏移的高電介質(zhì)材料層。

第一和第二電介質(zhì)材料層中的至少之一可以由從SiO₂、Al₂O₃、Y₂O₃、La₂O₃、HfO₂、ZrO₂、Nb₂O₅、TiO₂、Ta₂O₅、(Ba,Sr)TiO₃和SrTiO₃構(gòu)成的組中選擇的電介質(zhì)材料形成。

自整流層可以由電介質(zhì)材料形成，并設(shè)置為使得具有預(yù)定厚度的第一區(qū)域的介電常數(shù)高于或低于具有其余厚度的第二區(qū)域的介電常數(shù)，因此第一和第二區(qū)域在厚度方向上具有不同的介電常數(shù)。

電阻開關(guān)材料層可以包括第一材料層和第二材料層，并由于第一和第二材料層之間的離子物種轉(zhuǎn)移而具有電阻開關(guān)性質(zhì)。

第一材料層可以是氧供應(yīng)層，第二材料層可以是氧交換層。

第一材料層可以由第一金屬氧化物形成，第二材料層可以由與第一材料層相同或不同的第二金屬氧化物形成。

第一和第二金屬氧化物中的至少之一可以包括Ta氧化物、Zr氧化物、Y氧化物、氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯（YSZ）、Ti氧化物、Hf氧化物、Mn氧化物、Mg氧化物以及其組合中的至少一種。

第二材料層的氧濃度可以高于第一材料層的氧濃度。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種存儲器件包括以上電阻開關(guān)材料元件作為存儲單元。