基于异质结氧化物的忆阻元件制造技术

提供了包括设置在第一电极和第二电极之间的活性区的忆阻元件。活性区包括第一金属氧化物的转换层和第二金属氧化物的导电层，其中第一金属氧化物的金属离子不同于第二氧化物的金属离子。忆阻元件基于在第一金属氧化物和第二金属氧化物之间的氧化物异质结而在低电阻状态下展示出非线性电流-电压特性。还提供了包括忆阻元件的多层结构。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利摘要】提供了包括设置在第一电极和第二电极之间的活性区的忆阻元件。活性区包括第一金属氧化物的转换层和第二金属氧化物的导电层，其中第一金属氧化物的金属离子不同于第二氧化物的金属离子。忆阻元件基于在第一金属氧化物和第二金属氧化物之间的氧化物异质结而在低电阻状态下展示出非线性电流-电压特性。还提供了包括忆阻元件的多层结构。【专利说明】基于异质结氧化物的忆阻元件
技术介绍
不一定基于硅的存储器(包括电阻随机存取存储器)作为新兴技术显示极大的前途。存储器可基于二维电路、或包括忆阻(memristive)元件的堆叠的多层互连二维阵列(2D)的三维(3D)电路。这样的电路可提供用于增加集成电路的性能和平面密度的可能解决方案。【专利附图】【附图说明】附图示出本文描述的原理的各种实施例，且是说明书的一部分。所示实施例仅仅是示例，且不限制权利要求的范围。图1A和IB示出忆阻元件的示例的横截面。图2示出忆阻元件的示例性布置。图3示出示例性电流-电压曲线。图4A示出具有线性电流-电压特性的示例性设备的电流-电压曲线。图4B示出包括具有非线性电流-电压特性的忆阻元件的示例性设备的电流-电压曲线。图5示出包括忆阻元件的阵列的示例性多层结构。图6A示出包括忆阻元件的阵列的另一示例性多层结构。图6B示出图6A的示例性多层结构的透视图。图6C示出图6A的示例性多层结构的顶视图。图7A示出示例性忆阻元件的横截面。图7B示出交叉阵列的原子力显微图像。在整个附图中，相同的附图标记表示相似的但不一定相同的元件。【具体实施方式】在下面的描述中，为了解释的目的，阐述了很多特定的细节，以便提供对当前的系统和方法的彻底理解。然而对本领域技术人员将明显的是，系统和方法可在没有这些特定细节的情况下被实施。在说明书中对“实施例”、“示例”或类似语言的提及意味着结合实施例或示例来描述的特定特征、结构或特性至少包括在一个实施例或示例中，但不一定在其它实施例或示例中。在说明书中的不同地方的短语“在一个实施例中”、“在一个示例中”或类似短语的各种实例不一定都指同一实施例或示例。如在本文中使用的，术语“包括(includes)”意指包括但不限于，术语“包括(including)”意指包括但不限于。术语“基于”意指至少部分地基于。在本文描述的是具有在穿过相邻的忆阻元件的最少的潜行电流的情况下便于读和写操作有目标地应用于在2D或3D电路中的单独忆阻元件的电子特性的忆阻元件。本文描述的忆阻元件基于忆阻元件的氧化物异质结而在低电阻状态下展示出非线性电流-电压特性。此外描述了多层结构，其为包括忆阻元件的堆叠的多层互连2D阵列的3D电路。在本文提供的忆阻元件拥有在穿过相邻的忆阻元件(S卩，半选择设备)的最少的潜行电流的情况下便于电位(即，读取电压或写电压)有目地地施加到多层结构中的单独忆阻元件的电流-电压特性。也就是说，本文提供的忆阻元件的电流-电压特性使得电位可在很小地激活多层结构中的相邻忆阻元件的情况下施加到2D或3D电路中的给定忆阻元件。本文描述的忆阻元件和多层结构可应用于能够存储信息的任何介质。在示例中，存储在介质上的信息可由机器(包括计算机)读取。这样的介质的非限制性示例包括非易失性计算机可读存储器的形式，包括例如半导体存储设备，例如动态随机存取存储器、电阻随机存取存储器、闪存、只读存储器、以及静态随机存取存储器。图1A示出根据本文描述的原理的示例性忆阻元件100。忆阻元件100包括设置在第一电极110和第二电极115之间的活性区105。活性区105包括转换(switching)层120和由掺杂剂源材料形成的导电层125。转换层120由能够携载掺杂剂物质并在外加电位下传输掺杂剂的转换材料形成。导电层125设置在转换层120之间并与转换层120电接触。导电层125由掺杂剂源材料形成，该掺杂剂源材料包括能够在外加电位下漂移到转换层中并因而改变忆阻元件100的导电性的掺杂剂物质。当在第一方向上将电位施加到忆阻元件100时，转换层产生过量掺杂剂。当电位的方向反转时，电压电位极性反转，且掺杂剂的漂移方向反转。转换层产生了掺杂剂的缺陷。图1B示出根据本文描述的原理的另一示例性忆阻元件150。忆阻元件150包括设置在第一电极160和第二电极165之间的活性区155。活性区155包括两个转换层170、175和由掺杂剂源材料形成的导电层180。转换层170、175每个由能够携带掺杂剂物质并在外加电位下传输掺杂剂的转换材料形成。导电层180设置在转换层170、175之间并与转换层170、175电接触。导电层180由掺杂剂源材料形成，该掺杂剂源材料包括能够在外加电位下漂移到转换层中并因而改变忆阻元件150的导电性的掺杂剂物质。当在第一方向上(例如在正z轴方向上)将电位施加到忆阻元件150时，转换层之一产生过量掺杂剂，而另一转换层产生了掺杂剂的缺陷。当电位的方向反转时，电压电位极性反转，且掺杂剂的漂移方向反转。第一转换层产生了掺杂剂的缺陷，而另一转换层产生过量掺杂剂。转换层和导电层每个由金属氧化物形成。任一层金属氧化物可以是Al、S1、Ga、Ge、Sr、Ba、Sc、T1、V、Cr、Mn、Fe、Co、N1、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、La、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir或Pt的氧化物、或其某种组合。转换层和导电层的金属氧化物相差至少一个金属离子。也就是说，转换层的金属氧化物的金属离子不同于导电层的金属氧化物的金属离子。作为示例，如果转换层包括金属A的氧化物，则导电层包括金属B的氧化物，其中金属A与金属B不相同。另一示例是其中转换层包括金属A和C的氧化物，且导电层包括金属C和D的氧化物，其中金属D与金属A不相同。由于在转换层和导电层之间的金属离子中的不同，而导致忆阻元件包括在转换层和导电层之间的异质结。本文的忆阻元件基于在转换层的金属氧化物和导电层的金属氧化物之间的氧化物异质结在低电阻状态下展示出非线性电流-电压特性。在一些实施例中的转换层的厚度可为大约IOnm或更小、大约6nm或更小、大约4nm或更小、大约2nm或更小或小于lnm。例如，转换层的厚度可为大约5nm或更小。导电层可大约为与转换层相同的厚度，或可以比转换层更厚。例如，导电层的厚度范围可从2nm到200nm。任一电极可由厚度在大约7nm和大约IOOnm之间或更厚的钼制成。在另一示例中，电极可以是铜/氮化钽/钼系统，其中铜是非常好的导体，且氮化钽充当铜和钼之间的扩散势垒。一般而言，转换材料是电绝缘的、半导电的或弱离子导体。例如，转换材料可以是高度绝缘的定比化合物。转换材料的示例包括硅的碳酸盐(包括SiCO4)、铝的氧化物、钛的氧化物(包括TiO2 )、硅的氧化物(包括SiO2 )、镓的氧化物、锗的氧化物、以及过渡金属的氧化物(包括 Sc、T1、V、Cr、Mn、Fe、Co、N1、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、W 或 Re 的氧化物)。在非限制性示例中，转换材料是Ti02、TaOx，其中0〈x ( 2.5，或NiO。掺杂剂源材料是用于转换材料的掺杂物质的源，并包括可由转换材料传输的相对高浓度的掺杂剂类型。然而，掺杂剂源材料与转换材料相差至少一个金属离子。也就是说，转本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种忆阻元件，包括：具有纳米级宽度的第一电极；具有纳米级宽度的第二电极；以及设置在所述第一电极和所述第二电极之间并与所述第一电极和所述第二电极电接触的活性区，所述活性区具有第一金属氧化物的转换层和第二金属氧化物的导电层，其中所述第一金属氧化物的金属离子不同于所述第二金属氧化物的金属离子，其中所述第一金属氧化物和所述第二金属氧化物是Al、Si、Ga、Ge、Sr、Ba、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、La、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、以及Pt中的至少一种的氧化物；并且其中所述忆阻元件基于在所述第一金属氧化物和所述第二金属氧化物之间的氧化物异质结而在低电阻状态下展示出非线性电流‑电压特性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建华，M·M·张，S·R·威廉姆斯，
申请(专利权)人：惠普发展公司，有限责任合伙企业，
类型：发明
国别省市：美国;US