电阻开关材料元件以及采用该电阻开关材料元件的器件制造技术

技术编号:9669969 阅读:94 留言:0更新日期:2014-02-14 12:41
本发明专利技术提供了电阻开关材料元件以及采用该电阻开关材料元件的器件。电阻开关材料元件包括设置在第一电极与第二电极之间的电阻开关材料层以及设置在电阻开关材料层与第一和第二电极中的任一个之间的自整流层。

【技术实现步骤摘要】
电阻开关材料元件以及采用该电阻开关材料元件的器件
本公开涉及用于电阻开关(resistance switching)材料元件的方法和设备以及采用该电阻开关材料元件的装置。
技术介绍
当利用电阻开关性质且以包括交叉(crossbar)结构的单元的形式集成的元件被用作存储器件时,由于从相邻存储单元产生的干扰信号而存在数据可能没有能被准确地读取或写入的问题。这是因为当从交叉结构中的单元读取数据或将数据写入到其上时,部分电信号必然施加到相邻的存储单元。为了解决该问题,诸如开关或整流二极管的选择器(selector)被连接到每个存储单元以阻止部分电信号,但是结构变得复杂。根据常规方法,为了连接选择器以及利用电阻开关性质的元件,制造具有选择器性质的元件,然后将该元件连接到电阻开关元件。然而,在此情形下,由于不仅选择器的工艺数目和材料成本增加,而且一般选择器的结构具有至少三层的金属/非金属/金属的结构,所以元件的整体厚度会增大,于是对于具有厚度限制的元件难以使用常规的方法。
技术实现思路
本专利技术提供了具有自整流性质(固有地包括选择器的性质)以克服经济和结构的限制的电阻开关材料元件、以及采用该电阻开关材料元件的装置。额外的方面将在以下的描述中被部分地阐述,并将部分地从该描述而显然,或者可以通过实践给出的实施例而获知。根据本专利技术的一方面,一种电阻开关材料兀件包括:电阻开关材料层,设置在第一电极与第二电极之间;以及自整流层,设置在电阻开关材料层与第一和第二电极中的任一个之间。自整流层可以设置为接触电阻开关材料层。自整流层可以设置为具有根据所施加的电压而改变的隧穿机制。自整流层可以设置为在第一电压具有电流的流动受到限制的直接隧穿性质,以及在比第一电压高的第二电压具有电流的流动迅速增加的隧穿性质。自整流层可以包括在自整流层的厚度方向上具有不同的导带偏移的第一区域和第二区域。自整流层可以设置为使得第一和第二区域中的,与向所述电阻开关材料层施加用于产生电阻变化的电流的方向更靠近的其中一个区域具有相对大的导带偏移。第一和第二区域可以设置为具有约0.5eV或更大的导带偏移差。第一和第二区域可以设置为具有大于或等于约1.0eV且小于或等于约4.0eV的导带偏移差。自整流层可以具有包括至少两个层的结构,该至少两个层包括具有第一区域的第一电介质材料层和具有第二区域的第二电介质材料层,该第二电介质材料层由与第一电介质材料层不同类型的材料形成。第一和第二电介质材料层中的任一层可以是具有相对大的导带偏移的低电介质材料层,另一层可以是具有相对小的导带偏移的高电介质材料层。第一和第二电介质材料层中的至少之一可以由从Si02、A1203、Y2O3> La2O3> HfO2,ZrO2, Nb2O5, TiO2, Ta2O5, (Ba, Sr) TiO3和SrTiO3构成的组中选择的电介质材料形成。自整流层可以由电介质材料形成,并设置为使得具有预定厚度的第一区域的介电常数高于或低于具有其余厚度的第二区域的介电常数,因此第一和第二区域在厚度方向上具有不同的介电常数。电阻开关材料层可以包括第一材料层和第二材料层,并由于第一和第二材料层之间的离子物种转移而具有电阻开关性质。第一材料层可以是氧供应层,第二材料层可以是氧交换层。第一材料层可以由第一金属氧化物形成,第二材料层可以由与第一材料层相同或不同的第二金属氧化物形成。第一和第二金属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、氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)、Ti氧化物、Hf氧化物、Mn氧化物、Mg氧化物以及其组合中的至少一种。第二材料层的氧浓度可以高于第一材料层的氧浓度。根据本专利技术的另一方面,一种存储器件包括以上电阻开关材料元件作为存储单J Li ο根据本专利技术的另一方面,一种存储器件包括:单条或多条第一布线,彼此平行地布置;单条或多条第二布线,彼此平行地布置且交叉第一布线;以及存储单元,设置在第一和第二布线的每个交叉点处,其中存储单元包括电阻开关材料层和自整流层,该自整流层设置在第一和第二布线中的任一条与电阻开关材料层之间。【附图说明】从以下结合附图对实施例的描述,这些和/或其他方面将变得明显且更易于理解,附图中:图1示意性地示出根据本专利技术一实施例的电阻开关材料元件;图2示意性地示出根据本专利技术另一实施例的电阻开关材料元件;图3示意性地示出根据本专利技术另一实施例的电阻开关材料元件;图4是图3的电阻开关材料元件中的自整流层的能带图,该自整流层能够与具有电阻开关性质的材料(也就是,电阻开关材料层)接触地操作以获得隧穿效应;图5示意性地示出根据本专利技术另一实施例的电阻开关材料元件;图6是在图5的电阻开关材料元件中的自整流层的能带图,该自整流层能够与具有电阻开关性质的材料(也就是,电阻开关材料层)接触地操作以获得隧穿效应;图7示出当能带结构如图4和图6所示形成为自整流层中具有大的导带的部分和具有小的导带的部分彼此接触时,根据电压增加的能带图的变化;图8是示出当能带图像图7中那样地变化时,隧穿电流性质的变化的曲线图;图9示意性地示出根据本专利技术另一实施例的电阻开关材料元件;图10示意性地示出根据本专利技术另一实施例的电阻开关材料元件;图11是示出根据本专利技术实施例的具有自整流层的电阻开关材料元件的电阻开关性质的曲线图;图12是示出作为比较例的,没有自整流层的电阻开关材料元件的电阻开关性质的曲线图;以及图13是透视图,示出采用根据本专利技术实施例的电阻开关材料元件的存储器件的示例的透视图。【具体实施方式】现在将详细参照实施例,实施例的示例在附图中示出,其中相似的附图标记始终指代相似的元件。就此而言,所给出的实施例可以具有不同的形式,而不应被解释为限于这里阐述的描述。因此,以下仅通过参照附图描述实施例以说明本说明书的方面。在附图中,为了清晰,夸大了层和区域的厚度。附图中的相同附图标记指代相同元件。在此使用时,术语“和/或”包括一个或多个所列相关项目的任意和所有组合。诸如..中的至少一个”的表述,当在一列元件之前时,修饰整列元件,而不修饰该列中的个别元件。图1和图2示意性地示出根据本专利技术实施例的电阻开关材料元件100和200。参照图1和图2,电阻开关材料元件100和200可以包括在第一电极10和第二电极70之间的自整流层30和电阻开关材料层50。图1示出自整流层30位于第一电极10与电阻开关材料层50之间的示例。图2示出自整流层30位于电阻开关材料层50与第二电极70之间的示例。备选地,自整流层30可以分别位于第一电极10和电阻开关材料层50之间以及电阻开关材料层50与第二电极70之间。考虑到电阻开关材料元件100和200在基板上制造,第一电极10可以对应于下电极,第二电极70可以对应于上电极。第一电极10可以由例如基本金属(base metal)(诸如W、N1、Al、Ti和Ta)、或者导电的氮化物(诸如TiN、Tiff和TaN)或者导电的氧化物(诸如铟锌氧化物(IZO)和铟锡氧化物(ITO))形成。此外,第一电极10可以由昂贵且表现出低反应性的贵金属材料形成,例如贵金属诸如Ir、Ru、Pd、Au和Pt或金属氧化物诸如Ir02。换句话说,第一电极10可以包括从由 W、N1、Al、T1、Ta、TiN本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电阻开关材料元件,包括:电阻开关材料层,设置在第一电极与第二电极之间;以及自整流层,设置在所述电阻开关材料层与所述第一和第二电极中的任一个之间。

【技术特征摘要】
2012.08.10 KR 10-2012-00879931.一种电阻开关材料元件,包括: 电阻开关材料层,设置在第一电极与第二电极之间;以及 自整流层,设置在所述电阻开关材料层与所述第一和第二电极中的任一个之间。2.如权利要求1所述的电阻开关材料元件,其中所述自整流层设置为接触所述电阻开关材料层。3.如权利要求1所述的电阻开关材料元件,其中所述自整流层设置为具有根据所施加的电压而改变的隧穿机制。4.如权利要求3所述的电阻开关材料元件,其中所述自整流层设置为在第一电压具有电流的流动受到限制的直接隧穿性质,以及在比第一电压高的第二电压具有电流的流动迅速增加的隧穿性质。5.如权利要求1所述的电阻开关材料元件,其中所述自整流层包括在该自整流层的厚度方向上具有不同的导带偏移的第一区域和第二区域。6.如权利要求5所述的电阻开关材料元件,其中所述自整流层设置为使得所述第一和第二区域中的,与向所述电阻开关材料层施加用于产生电阻变化的电流的方向更靠近的其中一个区域具有相对大的导带偏移。7.如权利要求5所述的电阻开关材料元件,其中所述第一和第二区域设置为具有0.5eV或更大的导带偏移差。8.如权利要求7所述的电阻开关材料元件,其中所述第一和第二区域设置为具有大于或等于1.0eV且小于或等于4.0eV的导带偏移差。9.如权利要求5所述的电阻开关材料元件,其中所述自整流层具有包括至少两个层的结构,该至少两个层包括: 第一电介质材料层,包括所述第一区域;和 第二电介质材料层,包括所述第二区域,并由与所述第一电介质材料层不同类型的材料形成。10.如权利要求9所述的电阻开关材料元件,其中所述第一和第二电介质材料层中的任一层是具有相对大的导带偏移的低电介质材料层,另一个是具有相对小的导带偏移的高电介质材料层。11.如权利要求10所述的电阻开关材料元件,其中所述第一和第二电介质材料层中的至少一层由从 SiO2' Al2O3' Y2O3> La2O3' HfO2, ZrO2, Nb2O5' Ti02、Ta2O5' (Ba, Sr) TiO3 和 SrTiO3构成的组中选择的电介质材料形成。12.如权利要求5所述的电阻开关材料元件,其中所述自整流层由一种电介质材料形成,并设置为使得具有预定厚度的所述第一区域的介电常数高于或低于具有其余厚度的所述第二区域的介电常数,因此所述第一和第二区域在所述厚度方向上具有不同的介电常数。13.如权利要求12所述的电阻开关材料元件,其中所述自整流层由从Si02、Al203、Y203、La2O3、HfO2、ZrO2、Nb205、TiO2、Ta2O5、(Ba, Sr) TiO3 和 SrTiO3 构成的组中选择的电介质材料形成。14.如权利要求1所述的电阻开关材料元件,其中所述电阻开关材料层包括第一材料层和第二材料层,并由于所述第一和第二材料层之间的离子物种转移而具有电阻开关性质。15.如权利要求14所述的电阻开关材料元件,其中所述第一材料层是氧供应层,所述第二材料层是氧交换层。16.如权利要求14所述的电阻开关材料元件,其中所述第一材料层由第一金属氧化物形成,所述第二材料层由与所述第一材料层相同或不同的第二金属氧化物形成。17.如权利要求16所述的电阻开关材料元件,其中所述第一和第二金属氧化物中的至少之一包括Ta氧化物、Zr氧化物、Y氧化物、氧化钇稳定的氧化锆、Ti氧化物、Hf氧化物、Mn氧化物、Mg氧化物以及其组合中的至少一种。18.如权利要求16所述的电阻开关材料元件,其中所述第二材料层的氧浓度高于所述第一材料层的氧浓度。19.一种存储器件,包括权利要求1中的电阻开关材料元件作为存储单元。20.如权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员:金京旻金英培金昌桢金成镐金世珍李承烈张晚赵银珠
申请(专利权)人:三星电子株式会社
类型:发明
国别省市:

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