[發明專利]一種阻變層自選通阻變存儲器及其構建方法與應用

有效

• 申請號: 201810501815.6
• 申請日: 2018-05-23
• 公開（公告）號: CN108735898B
• 公開（公告）日: 2022-03-22
• 發明（設計）人: 蔣然;季昊;張鑫磊
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 濟南金迪知識產權代理有限公司 37219
• 代理人: 葉亞林

本發明涉及一種阻變層自選通阻變存儲器及其構建方法與應用。所述阻變存儲器，包括堆疊層；所述堆疊層包括自外而內依次設置的第四Hf層、第四Si₃N₄層、第三Hf層、第三Si₃N₄層、第二Hf層、第二Si₃N₄層、第一Hf層和第一Si₃N₄層。本發明基于同質HfO_x基的1R陣列選通，將阻變層同時作為選通層，避免引入額外的第三者選通器；基于微納加工不對稱結構進行填充(或鏤空)，在微納米尺度下填充區周圍形成耗盡區，且耗盡區隨外電場動態變化；利用上述普適性物理原理實現自身選通作用；因此，該阻變存儲器不局限于HfO_x材料，而是適用于會形成耗盡區的所有材料。

技術領域

本發明涉及一種阻變層自選通阻變存儲器及其構建方法與應用，屬于阻變存儲器陣列選通的技術領域。

背景技術

近年來，隨著大數據、人工智能領域的興起，阻變存儲器(resistive randomaccess memory,RRAM)顯示了極大的應用前景。例如，其在神經形態芯片及大規模高集成密度的數據存儲方面的應用。由于其簡單的兩端結構，以及通過電阻變化來調制存儲的實用化優勢，使得其在微縮化高密度集成方面具有天然的優勢。為了充分實現這些優勢，需要將阻變存儲器做成交叉陣列的形式(crossbar array)，以有效發揮其高密度存儲，和仿生大腦突觸的功能。但是，在交叉陣列的結構下，存在一個著名的基礎問題，即串擾電流(或潛行電流，sneak path current)問題。串擾電流是一種不走正常讀取交叉點(crossbarpoint)，而改走旁側支路交叉點的電流。這種電流是負面的，會影響正常存儲點的讀/寫性能，甚至會導致誤讀。

現有技術中，通常通過添加選通管(或稱選通器,selector)串接到每個交叉點電阻上解決上述問題。通過選通管，實現每個交叉點電阻讀寫過程的通斷。目前最有效的選通管首推晶體管，它與下面交叉點(電阻)合稱1T1R結構(T是晶體管transistor的首字母)。雖然可以通過晶體管的開關功能有效的限制串擾電流，但晶體管本身是三端(源、漏、柵)有源器件，要在柵極供給柵壓才能對晶體管的開閉進行控制。這本身會增加額外的有源負載和工藝復雜性，同時導致交叉陣列不容易微縮化，影響交叉陣列的高密度集成(尤其是在微電子集成度高的今天，這個矛盾更加突出)。因此，二維選通管，如二極管(Diode)或者閾值變化器件(threshold voltage shift)具有替代晶體管的趨勢。但是任何選通管，從工藝簡單和兼容角度而言，均不及交叉點的電阻自身直接選通吸引人(稱之為1R)。目前國際上雖然有一些關于1R的工作報道，但是既能實現自身作為阻變層(電阻變化層)，又能實現選通功能的材料只有有限幾種(如SiO_x和TaO_x等)；現有技術中還沒有基于普適性物理原理的，從而在一定程度上突破材料限制的選通結構或器件。

例如，中國專利公開號105826468A公開了一種自選通阻變存儲器件及其制備方法，該自選通阻變存儲器件的選通層即為有限的幾種—鎢氧化物、鈦氧化物、銅氧化物等。其選通結構沒有基于普適性物理原理突破材料限制。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明提供一種阻變層自選通阻變存儲器。

本發明還提供一種上述阻變存儲器的構建方法。

本發明還提供一種上述阻變存儲器的工作方法。

術語說明：

Lift-off(剝離)工藝，是首先在襯底上涂膠并光刻，然后再制備金屬薄膜，在有光刻膠的地方，金屬薄膜形成在光刻膠上，而沒有光刻膠的地方，金屬薄膜就直接形成在襯底上。當使用溶劑去除襯底上的光刻膠時，不需要的金屬就隨著光刻膠的溶解而脫落在溶劑中，而直接形成在襯底上的金屬部分則保留下來形成圖形。剝離通常用于鉑、金、硅化物和難熔金屬的圖形化。