[實用新型]一種細絲機制的小面積電極阻變存儲器

有效

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• 申請日: 2019-04-17
• 公開（公告）號: CN210120153U
• 公開（公告）日: 2020-02-28
• 發(fā)明（設計）人: 魏凌;劉平安;付春玲
• 申請（專利權(quán)）人: 河南大學
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 鄭州優(yōu)盾知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41125
• 代理人: 鄭園

本實用新型提供一種細絲機制的小面積電極阻變存儲器，阻變存儲器的結(jié)構(gòu)從上到下依次是多個上電極，絕緣介質(zhì)薄膜，阻變層薄膜，下電極層，襯底層，其中下電極層與阻變層為歐姆接觸，絕緣介質(zhì)薄膜的熱擊穿電壓E_T1小于阻變層薄膜E_T2。通過形成導電通路有效面積縮小上電極與阻變材料的接觸面積，從而實現(xiàn)操作電流/電壓的縮小。且該結(jié)構(gòu)對電極材料的選擇是否能夠與阻變層接觸直接形成歐姆接觸無要求，能夠?qū)崿F(xiàn)電極通路產(chǎn)生位置的控制。

技術領域

本實用新型屬于超大集成規(guī)模中半導體阻變存儲器領域，具體涉及一種細絲機制的小面積電極阻變存儲器。

背景技術

阻變存儲器是一種通過外加不同極性、大小的電壓，改變阻變材料的電阻值，從而存儲數(shù)據(jù)的新型存儲器件。結(jié)構(gòu)上主要由上電極、阻變材料和下電極組成。基于阻變過程發(fā)生的位置，阻變存儲器主要分為兩類，一類是界面效應阻變存儲器，其阻變過程發(fā)生在金屬/半導體或半導體/半導體的非歐姆接觸層界面處，一類是體效應阻變存儲器，其上下電極與阻變材料層直接為歐姆接觸，阻變過程發(fā)生于阻變材料層中。體效應阻變存儲器的阻變機理一般為導電細絲機制。對于體效應細絲機制的阻變存儲器，較高的操作電流，尤其是從低阻到高阻(Reset操作)的電壓/電流，嚴重的制約了其應用前景。然而縮小實際電極面積是減小細絲機制阻變存儲器操作電流的有效手段之一。電極面積越小，加載在阻變材料上電場的有效面積就小，形成導電細絲的位置更加集中，操作電壓/電流就小，同時還使阻變存儲器的性能參數(shù)更加集中，減小波動。現(xiàn)有的技術遇到的瓶頸就是難以把電極做得更小，尤其是達到百納米和十納米級別，需要付出的代價很大且不穩(wěn)定。

現(xiàn)有技術中形成有效小面積電極阻變存儲器的方法主要有以下三種。

一種是控制電極的物理形狀，背景技術1(CN102891253A)公開了，上電極嵌入在阻變材料之內(nèi)，上電極的頂部的寬度大于其底部的寬度。背景技術2(CN104409627A)公開了將阻變薄膜局限在隔離層的凹槽中，使阻變薄膜層自然形成V型形狀，大大縮小實際器件尺寸和厚度，同時使頂電極在阻變薄膜上自然形成尖峰狀結(jié)構(gòu)。

一種是引導形成電極細絲，背景技術3(CN102664235A)公開了阻變存儲器包括Al電極層、SiO₂層、 Si層，阻變層和下電極層；其中Al電極層與阻變層通過一個或多個導電通道電連接，導電通道為Al經(jīng) SiO₂層缺陷滲入到Si層而使Si溶解于Al形成的。背景技術4(CN103515534A)公開了采用硅襯底的圖形化區(qū)域做底電極并與選擇性重摻雜相結(jié)合的方法，通過選擇合適的離子注入方向，使電場能可控的集中到局域的尖峰范圍內(nèi)。背景技術5(CN103594622A)公開了阻變材料薄膜中包含金屬離子摻雜濃度高于周圍區(qū)域的三角形區(qū)域，使得器件的阻變行為可控在尖峰處發(fā)生。背景技術6(CN102738386A)公開了通過在下電極上設置局部控制電極，增強存儲介質(zhì)內(nèi)的局域電場強度，使導電細絲更容易沿著該控制電極形成的方法。

還有一種是利用界面勢壘效應，背景技術7(CN107204397A)公開了摻雜金屬原子的第一金屬氧化物層作為阻變層；在其上方形成第二金屬氧化物層作為隧穿層。背景技術8(CN102593351A)公開了雙層阻變層，在上層阻變層上設有電子電流阻擋層，在電子電流阻擋層上設有上電極，上電極和電子電流阻擋層導帶之間的能帶差低于1eV。通過控制介電常數(shù)以及能帶寬度以及親和勢來控制導電細絲的類型。

與上述三種方法相對比，引導形成電極細絲因其不涉及精細刻蝕，也不涉及材料間功函數(shù)、能帶寬度和親和勢的匹配問題而極具應用價值。