采用突跃金属－绝缘体变换的存储器件及其操作方法技术

本发明专利技术提供了一种不经历结构相变，保持均匀薄膜，并且能够执行高速切换操作的存储器件，并且还提供了所述存储器件的操作方法。所述存储器件包括衬底、突跃ＭＩＴ材料层和多个电极。所述突跃ＭＩＴ材料层设置在所述衬底上，并且通过电子之间的能量变化而经历突跃金属－绝缘体变换。使所述多个电极与所述突跃ＭＩＴ材料层接触，通过加热使所述多个电极熔化，从而在所述突跃ＭＩＴ材料层上形成导电通路。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种存储器件及其操作方法，更具体而言，涉及一种采用突跃金属-绝缘体变换(metal-insulator transition: MIT)的存储器件及其操作 方法。
技术介绍
利用晶相和非晶相之间的结构相变的相变存储器件是存储器件的 一个 例子。这种相变存储器件需要相变材料的高熔解温度和大量的结晶时间，因 而在重复的切换操作中不稳定。其原因在于所述相变存储器件利用了相变材 料的结构相变。利用伴随材料的结构相变的电阻变化的电阻变化存储器件是存储器件 的另一个例子。在美国专利No. 5761115、美国专利No. 5896312、美国专利 No. 5914893、美国专利No. 6084796、美国专利No. 6653193和S. Se()等人 的文章[Appl. Phys. Lett. 85, p5655, 2004]中公开了这种电阻变化存储器件。根 据这些文献，所述电阻变化存储器件利用了具有可变电阻的材料(下文称为 电阻变化材料)中含有的树枝状晶体导体(dendrite conductor)(或快离子导 体)。也就是说，在向电阻变化材料施加电压时，树枝状晶体导体的尺寸扩 大或缩小，从而导致电阻变化材料的电阻变化。具体地，在向电阻变化材料 施加正电压时，树枝状晶体导体扩大，从而在电极之间形成导电通路，由此 使电阻变化材料变为低阻状态。另一方面，在向电阻变化材料施加负电压时， 树枝状晶体导体尺寸缩小，从而降低了导电通路的尺寸，由此使电阻变化材 料变为高阻状态。但是，电阻变化存储器件要经历电阻变化材料的结构相变。也就是说， 电阻变化材料包括树枝状晶体导体，因而是一种具有至少两种相的不均匀材 料。而且，在未生成树枝状晶体导体或者其浓度低时，电阻变化存储器件无 法满足存储特性。此外，由于电阻变化存储器件在高阻状态产生热，因而电 阻变化存储器件可能在长时间的使用之后丧失存储特性。总之，由于相变存储器件和电阻变化存储器件均受到结构相变的影响， 因而相变存储器件和电阻变化存储器件都不适合作为高速切换器件。因此， 改进的存储器件不用经历结构相变，其保持了均匀的薄膜，因而能够根据要 求执行高速切换操作。
技术实现思路
技术问题本专利技术提供了 一种不经历结构相变的存储器件，其保持了均匀的薄膜， 并且能够执行高速切换操作。本专利技术还提供了所述存储器件的操作方法。 技术方案根据本专利技术的一个方面，提供了一种存储器件，其包括衬底；设置在 所述衬底上的突跃MIT (金属-绝缘体变换)材料层，其通过电子之间的能 量变化而经历突跃MIT;以及与所述突跃MIT材料层接触的多个电极，通 过加热使所述多个电极熔化，从而在所述突跃MIT材料层上形成导电通路。所述多个电极可以是单晶或多晶。所述多个电极可以相互间隔预定距离而设置。所述多个电极之间的预定 距离可以为使得足以形成所述导电通路。根据本专利技术的另一方面，提供了一种存储器件的操作方法，所述方法包 括在衬底上形成突跃MIT (金属-绝缘体变换)材料层，其通过由空穴掺 杂导致的电子之间的能量变化而经历突跃金属-绝缘体变换；使多个电极与 所述突跃MIT材料层接触；通过向所述多个电极施加第一电压使所述多个 电极熔化而在所述突跃MIT材料层上形成导电通路；以及使所述突跃MIT 材料层保持金属相。H. T. Kim等人的文章，New J. Phys. 6 ( 2004 ) 52给出 了通过空穴掺杂实现的突跃金属-绝缘体变换。所述方法还包括，在形成所述导电通路之后，通过向所述多个电极施加 第二电压而使所述突跃MIT材料层变为绝缘体。所述存储器件可以在施加第 一电压时保持导通状态，在施加第二电压时 保持截止状态。可以根据所述突跃MIT材料层的形状和类型以及所述多个 电极之间的距离确定所述第一和第二电压之间的差值。附图说明通过参考附图详细描述其示示范性实施例，本专利技术的上述和其他特征和优点将变得更加显见，在附图中图1是示出了应用于本专利技术的实施例的突跃MIT材料层的电流电压关 系的曲线图；图2是根据本专利技术的实施例的被构造为水平结构二端子器件的第一存储 器件的截面图；图3A到3C是示出了突跃MIT材料层的表面态根据施加至图2中的第 一存储器件的电压而变化的SEM照片；图4A是示出了图2中的第一存储器件的电流电压关系的曲线图； 图4B是图4A中的部分a的放大图；图5是示出了在衬底、突跃MIT材料层和电极之间进一步形成緩冲层 时第 一 存储器件内的电流电压关系的曲线图；图6是根据本专利技术的另 一实施例的被构造为竖直结构二端子器件的第二 存储器件的截面图；图7是示出了所述第二存储器件的电流电压关系的曲线图；图8A是根据本专利技术的实施例的在不向MIT材料层施加电压时突跃MIT 材料层的显微X射线衍射图案照片；以及图8B是根据本专利技术的另 一实施例的在向MIT材料层施加的电压增大到具体实施方式现在，将参考示出了本专利技术的示范性实施例的附图更为充分地描述本发 明。但是，本专利技术可以通过很多种不同的形式体现，不应将其视为仅限于文 中阐述的实施例；相反，提供这些实施例的目的在于使本公开透彻完整，从 而向本领域技术人员充分传达本专利技术的原理。在附图中采用类似的附图标记 表示类似的元件，因而将省略对其的说明。本专利技术的实施例提出了采用突跃MIT材料层，因而不经历结构相变的 存储器件。由于存储器件不经历结构相变，因而可以实现高速切换操作，并 且能够极大降低产生缺陷的概率。相应地，可以制造高质量的存储器件。突 跃MIT材料层具有这样的特性，即，其相借助电子之间的能量变化从绝缘体突变为金属。例如，在向具有金属键电子结构的绝缘体内注入空穴时，突跃MIT材料层的相利用电子之间的能量变化从绝缘体突变为金属。突跃MIT 材料层可以包括选自由下述材料构成的集合中的至少一种添加了低浓度空 穴的无机化合物半导体或绝缘体材料、添加了低浓度空穴的有机半导体或绝 缘体材料、添加了低浓度空穴的半导体材料、以及添加了低浓度空穴的氧化 物半导体或绝缘体材料。所述无机化合物半导体或绝缘体材料、有机半导体 或绝缘体材料、半导体材料、以及氧化物半导体或绝缘体材料可以包括选自 下述成分构成的集合中的至少一种氧、碳、半导体元素(例如，ni-v族 化合物和II-VI族化合物)、过渡金属元素、稀土元素、和镧基元素 (lanthanum-based element)。图1是示出了应用于本专利技术的实施例的突跃MIT材料层的电流电压关 系的曲线图。参考图1，突跃MIT材料层具有临界电压b,在所述临界电压b处，突 跃MIT材料层的电特性从绝缘体a突变至金属c。例如，突跃MIT材料层 具有大约45V的临界电压b。具体地，在向突跃MIT材料层施加的电压为 0V到大约45V时突跃MIT材料层具有类似于绝缘体的相a，在向突跃MIT 材料层施加的电压大于大约45V时突跃MIT材料层具有金属相c。也就是说， 电流突跃发生在大约45V的电压处。临界电压b可以根据突跃MIT材料层 的类型以及包括突跃MIT材料层的存储器件的结构而变化。根据本专利技术的非易失存储器件包括图1所示的突跃MIT材料层以及淀 积于所述突跃MIT材料层的两侧的至少两个电极，所述的至少两个电极受 热熔化从而在所述突跃MIT材料层上形成导电本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种存储器件，包括：衬底；设置在所述衬底上的突跃ＭＩＴ（金属－绝缘体变换）材料层，其通过由空穴掺杂而引起的电子之间的能量变化而经历突跃ＭＩＴ；以及与所述突跃ＭＩＴ材料层接触的多个电极，所述多个电极通过加热熔化从而在所述突跃ＭＩＴ材料层上形成导电通路。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】KR 2005-6-30 10-2005-0058654;KR 2006-2-17 10-2006-1.一种存储器件，包括衬底；设置在所述衬底上的突跃MIT(金属-绝缘体变换)材料层，其通过由空穴掺杂而引起的电子之间的能量变化而经历突跃MIT；以及与所述突跃MIT材料层接触的多个电极，所述多个电极通过加热熔化从而在所述突跃MIT材料层上形成导电通路。2. 根据权利要求1所述的存储器件，其中，所述突跃MIT材料层包括 选自由下述材料构成的集合中的至少一种添加了低浓度空穴的无机化合物 半导体或绝缘体材料、添加了低浓度空穴的有机半导体或绝缘体材料、添加 了低浓度空穴的半导体材料、以及添加了低浓度空穴的氧化物半导体或绝缘 体材料；所述无机化合物半导体或绝缘体材料、有机半导体或绝缘体材料、 半导体材料、以及氧化物半导体或绝缘体材料包括选自下述集合中的至少一种氣、碳、包括m-v族化合物和n-vi族化合物的半导体元素、过渡金属元素、稀土元素和镧基元素。3. 根据权利要求1所述的存储器件，其中，所述多个电极由选自下述 組元构成的集合中的至少一种形成Li、 Be、 C、 Na、 Mg、 Al、 K、 Ca、 Sc、 Ti、 V、 Cr、 Mn、 Fe、 Co、 Ni、 Cu、 Zn、 Ga、 Rb、 Sr、 Y、 Zr、 Nb、 Mo、 Tc、 Ru、 Rh、 Pd、 Ag、 Cd、 In、 Sn、 Sb、 Cs、 Ba、 La、 Hf、 Ta、 W、 Re、 Os、 Ir、 Pt、 Au、 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：金铉卓，金俸准，姜光镛，尹善真，李镕旭，蔡秉圭，
申请(专利权)人：韩国电子通信研究院，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]