[發明專利]一種降低阻變存儲器形成電壓的電形成方法

有效

• 申請號: 201710769267.0
• 申請日: 2017-08-31
• 公開（公告）號: CN107610733B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 薛堪豪;蘇海磊;繆向水;孫華軍;李祎;何維凡
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G11C13/00
• 分類號: G11C13/00;H01L45/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 廖盈春;李智

本發明公開了一種降低阻變存儲器形成電壓的電形成方法，包括如下步驟：對所述阻變存儲器施加正向電壓，在所述阻變存儲器中形成由所述活性電極指向所述惰性電極電場；對所述阻變存儲器施加反向電壓，在所述阻變存儲器中形成由所述惰性電極指向所述活性電極電場；循環上述步驟多次，直至實現對氧化物層的軟擊穿，在氧化物中形成導電絲，完成電形成過程；正向電壓大于反向電壓。正向電壓實現氧離子的部分移動，帶電氧空位部分積累；反向電壓實現電子躍過勢壘，中和帶電氧空位，通過重復施加正向電壓和反向電壓，實現中性氧空位積累，實現阻變存儲器的軟擊穿，又由于正、負向電壓均小于正常形成電壓，故降低了電形成步驟的操作電壓。

技術領域

本發明屬于阻變存儲器技術領域，更具體地，涉及一種降低阻變存儲器形成電壓的電形成方法。

背景技術

阻變存儲器最基本的結構是由上下電極和中間功能層組成的“三明治”結構，其具有可縮小性好、存儲密度高、讀寫速度快、結構簡單、與CMOS工藝兼容等優勢，已廣泛被認為是作為下一代存儲器的候選者。阻變存儲器由最開始的初始狀態進入低阻狀態需要一個很高的形成電壓，使單元軟擊穿，形成導電絲。由于較高的形成電壓會提高外圍電路的復雜程度，降低器件的可靠性，不利于阻變存儲器的產業推廣。為推動阻變存儲器的產業化，急需降低器件形成電壓的方法。

現有降低阻變存儲器形成電壓的方法是采用濺射或者原子層淀積的工藝生長氧化物存儲材料時，通過工藝調控減少氧化物中氧元素的含量，使氧化物材料中存在大量的氧空位，從而降低阻變存儲器所需要的形成電壓。或是依次制備惰性下電極、氧化物層和活性上電極，然后在缺氧氣氛退火，在氧化物層和活性電極層之間形成含有缺陷的界面層，從而降低形成電壓。

在這兩種方法中，均是在氧化物層引入大量的氧空位缺陷，從而使單元更容易形成導電絲，降低形成電壓。不過，由于大量氧空位的引入，會導致器件的高阻態電阻較低，進而導致阻變存儲器的窗口很窄，增加器件的誤碼率。同時，大量氧空位的引入也會使器件的保持時間縮短，可擦寫次數減少，器件的整體性能變差。因此需要研究一種在保持器件性能前提下，可有效降低形成電壓的方法。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種降低阻變存儲器形成電壓的電形成方法，其目的在于解決現有的方法由于采用引入大量的氧空位缺陷而導致不能再降低形成電壓同時兼顧良好的器件性能的技術問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種降低阻變存儲器形成電壓的電形成方法，阻變存儲器包括依次排列的活性電極、氧化物層以及惰性電極，包括如下步驟：

S1對阻變存儲器施加正向電壓，在阻變存儲器中形成由活性電極指向惰性電極電場；促使氧離子向活性電極的移動，在氧化物層中產生部分帶電的氧空位，

S2對阻變存儲器施加反向電壓，在阻變存儲器中形成由惰性電極指向活性電極電場；促使電子躍過活性電極的界面勢壘，中和氧化物層中的帶電氧空位，在靠近活性電極與氧化物層界面的氧化物層形成中性氧空位，實現中性氧空位積累；

S3判斷所述阻變存儲器的電流是否出現躍遷，若是，在所述氧化物層中形成導電絲，電形成過程完成，否則進入步驟S1；

其中，正向電壓小于正常形成電壓，正向電壓大于反向電壓；正常形成電壓通過向阻變存儲器施加電壓在阻變存儲器中形成由活性電極指向惰性電極電場使得阻變存儲器軟擊穿獲得。

優選地，步驟S1中對阻變存儲器施加正向電壓通過對活性電極施加正電壓同時惰性電極接地實現或通過對惰性電極施加負電壓同時活性電極接地實現。

優選地，步驟S2中對阻變存儲器施加反向電壓通過對活性電極施加負電壓同時惰性電極接地實現或通過對惰性電極施加正電壓同時活性電極接地實現。

優選地，阻變存儲器為沒有進行過任何電學測試的阻變存儲器，且阻變存儲器的電阻是制備后的初始狀態電阻。