使用混合价导电氧化物的存储器制造技术

一种使用混合价导电氧化物的存储器。该存储器包括在缺氧状态下具有较弱导电性的混合价导电氧化物以及电解隧道势垒，该电解隧道势垒为氧的电解质并促使电场有效以引起氧离子运动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及计算机存储器，并且更具体地涉及非易失性存储器。
技术介绍
存储器可分为易失性或者非易失性。易失性存储器是关掉电源时丢失其内容的存储器。相反，非易失性存储器不需要连续的电源以保留信息。大多数非易失性存储器使用固态存储器件作为存储元件。20世纪60年代以来，出现了描述带有薄绝缘体的金属-绝缘体-金属结构中的开关效应和存储效应的大量文献。具有开创性的作品之一是“薄绝缘膜中新的导电现象及可逆存储现象”(“New Conductionand Reversible Memory Phenomena in Thin Insulating Films”，J.G.Simmons and R.R.Verderber，301 Proc.Roy.Soc.77-102(1967))。虽然Simmons和Verderber所描述的机制后来已经受到怀疑，但是他们对该领域的贡献是重大的。然而，还没有人在商用固态存储器件中成功实施金属-绝缘体-金属结构。在“氧化物及氧化膜”(“Oxides and Oxide Films”，volume 6，edited by A.K.Vijh(Marcel Drekker 1981)251-325，chapter 4，writtenby David P.Oxley)正文中完整地专门论述了“氧化膜中的存储效应”(“Memory Effects in Oxide Films”)。Oxley在文中说“或许令人悲哀的是不得不记录尽管经过10年的努力，这些氧化物开关的应用数量仍如此有限。”他然后描述“展望任何应用之前需要谨慎。只有在理解了开关动作的物理性质时才运用这种谨慎；反过来，这必须等待对所展望的用于商业用途的任何开关中运行的传输机制的无分认识。”在2002年，在写该章后过了二十年，Oxley在“电铸金属-绝缘体-金属结构综合模型”(“The Electroformed metal-insulator-metalstructureA comprehensive model”，R.E.Thurstans and D.P.Oxley 35 J.Phys.D.Appl.Phys.802-809)中重新论述了这个主题。在该文中，作者描述了一种模型，该模型将传导过程等同于“在成形过程中所产生的金属岛之间的受陷阱控制并且是热激发的隧穿”。“成形”(或者“电铸”)描述为“电场引起的金属阳极材料通过电介质的局部丝状运动。此处，重要的是注意蒸发电介质可能含有空位并偏离了化学计量。当结果的穿过电介质的细丝载有足够的电流时，它们裂开并留下金属岛结构嵌在电介质中。通过激发隧穿，通过这种结构形成电子传导是可能的。”然而，作者警告，“成形过程复杂，并且本质上是可变的。当暴露在水蒸汽、有机物类和氧等中时，隧穿势垒(tunneling barrier)还易受到其特性变化的影响。因此，不可期望所制造的器件特性始终如一，或者在没有钝化、有效的封装以及对成形过程的动力学的更好理解的情况下而能够长时间稳定。”在表面上无关的研究中，某些导电金属氧化物(CMO)已经确定为在暴露于电子脉冲之后呈现存储效应。2001年3月20颁予Liu等人的美国专利6204139描述一些呈现存储特性的钙钛矿材料。相同的研究员在2000年3月8日的Applied Physics Letters，Vol.76，No.19的“磁阻薄膜中电脉冲感应的可逆电阻变化效应”(“Electric-pulse-induced reversible resistance change effect in magnetoresistive films”，Applied Physics Letters，Vol.76，No.19，8 May 2000)中，以及在2001年的非易失性存储技术会(2001 Non-Volatile Memory TechnologySymposium)的材料中的“非易失性存储器的新概念大磁阻薄膜中电脉冲感应的电阻变化效应”(“A New Concept for Non-VolatileMemoryThe Electric-Pulse Induced Resistive Change Effect in ColossalMagnetoresistive Thin Films”)中，也描述了钙钛矿材料。在Hsu等人的名为“电可编程电阻交叉点存储器”(“Electricallyprogrammable resistance cross point memory”)美国专利6531371中，公开了电阻交叉点存储器件及其制造和使用方法。存储器件包括置于上电极和下电极之间的钙钛矿材料活性层。类似地，IBM苏黎世研究中心(IBM Zurich Research Center)也已出版了三篇论述将金属氧化物材料用于存储应用的技术论文“用于存储应用的薄氧化膜中的具有重现性的开关效应”(“Reproducibleswitching effect in thin oxide films for memory applications”，AppliedPhysics Letters，Vol.77，No.1，3 July 2000)，“铬掺杂的SrTiO3单晶中电流驱动的绝缘体-导体转变以及非易失性存储”(“Current-driveninsulator-conductor transition and nonvolatile memory in chromium-doped SrTiO3single crystals”，Applied Physics Letters，Vol.78，No.23，4 June 2001)，以及“双稳态开关期间穿过金属-绝缘体-金属结构的电流分布”(“Electric current distribution across a metal-insulator-metalstructure during bistable switching”，Journal of Applied Physics，Vol.90，No.6，15 September 2001)。持续努力以将固态存储器件结合到商用非易失性RAM中。附图简述结合附图，参照以下描述可以最好地理解本专利技术，其中附图说明图1A示出示范性采用单层存储器的交叉点存储器阵列的透视图；图1B示出示范性采用四层存储器的叠式交叉点存储器阵列的透视图；图2A示出在图1A中所示的交叉点阵列中选择存储单元的俯视图；图2B示出图2A中所示的所选存储单元的边界的透视图； 图3示出可用于晶体管存储器阵列的存储单元的通用横截面表示；图4A示出示范性1MB存储器的典型实施的方框图；图4B示出包括能够读取多位的读出电路的示范性存储器的方框图；图5A示出表示存储元件的一个实施例的基本组件的方框图；图5B示出两端存储单元中图5A的存储元件的方框图；图5C示出三端存储单元中图5A的存储元件的方框图；图6A示出图5B的存储单元的方框图，在该存储单元中，氧运动产生了低电导率氧化物；图6B示出图5B的存储单元的方框图，在该存储单元中，低电导率氧化物是自限性的；图7示出使用另一存储元件实施例的两端存储单元的方框图；图8A示本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种存储元件，包括：　　　　混合价导电氧化物，所述混合价导电氧化物在其缺氧状态下具有较弱导电性；以及　　　　电解隧道势垒，所述电解隧道势垒为氧的电解质并促使电场有效以引起氧离子运动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2004-9-3 10/934,951;US 2005-3-30 11/095,0261.一种存储元件，包括混合价导电氧化物，所述混合价导电氧化物在其缺氧状态下具有较弱导电性；以及电解隧道势垒，所述电解隧道势垒为氧的电解质并促使电场有效以引起氧离子运动。2.如权利要求1所述的存储元件，其中，所述混合价导电氧化物具有基本晶体结构。3.如权利要求2所述的存储元件，其中，所述混合价导电氧化物在正常工作期间处于其缺氧状态，并且在正常工作期间保持其基本晶体结构。4.如权利要求1所述的存储元件，其中，在正常工作期间，并非全部混合价导电氧化物处于所述缺氧状态。5.如权利要求1所述的存储元件，其中，在正常工作期间，所述混合价导电氧化物的靠近所述电解隧道势垒的层处于比远离所述电解隧道势垒的层更缺氧的状态。6.如权利要求1所述的存储元件，其中，在正常工作期间，所述混合价导电氧化物的靠近所述电解隧道势垒的层呈现比远离所述电解隧道势垒的层更大的价态变化。7.如权利要求1所述的存储元件，其中，所述存储元件的电导率指示存储状态，并且所述存储状态可非破坏性地确定。8.如权利要求1所述的存储元件，其中，在正常工作期间，所述电场使氧从所述混合价导电氧化物运动进入所述电解隧道势垒。9.如权利要求8所述的存储元件，其中，在正常工作期间，所述电场使氧从所述混合价导电氧化物一直运动穿过所述电解隧道势垒。10.如权利要求1所述的存储元件，其中，所述存储元件是具有不大于约4f2的特征尺寸的存储单元的一部分，f是最小制造线宽。11.如权利要求10所述的存储元件，其中，所述存储单元具有不大于约1f2的有效特征尺寸，由此，有效特征尺寸可包括垂直上相互堆叠的存储单元。12.如权利要求11所述的存储元件，其中，所述存储单元具有不大于0.25f2的有效特征尺寸，由此，有效特征尺寸可包括可存储在每个存储单元中的位数。13.一种存储元件，包括具有隧道势垒宽度的隧穿势垒；以及具有形成大于所述隧道势垒宽度的有效隧道势垒宽度的低电导率区的导电材料，所述低电导率区对所述存储元件两端的电压响应。14.如权利要求13所述的存储元件，其中，所述存储元件的电导率指示存储状态，并且所述存储状态可非破坏性地确定。15.如权利要求13所述的存储元件，其中，在正常工作期间，电场使阴离子从所述导电材料运动进入所述隧穿势垒。16.如权利要求15所述的存储元件，其中，在正常工作期间，所述电场使阴离子从所述导电材料运动穿过所述隧穿势垒。17.如权利要求13所述的存储元件，其中，所述导电材料具有基本晶体结构。18.如权利要求17所述的存储元件，其中，在正常工作期间，所述导电材料保持其基本晶体结构。19.如权利要求13所述的存储元件，其中，在正常工作期间，成形对所述存储元件的总电导率的贡献并不显著，由此，成形是阳极材料的局部丝状运动。20.如权利要求13所述的存储元件，其中，所述存储元件是具有不大于约4f2的特征尺寸的存储单元的一部分，f是最小制造线宽。21.如权利要求20所述的存储元件，其中，所述存储单元具有不大于约1f2的有效特征尺寸，由此，有效特征尺寸可包括垂直上相互堆叠的存储单元。22.如权利要求21所述的存储元件，其中，所述存储单元具有不大于约0.25f2的有效特征尺寸，由此，有效特征尺寸可包括可存储在每个存储单元中的位数。23.一种两端电器件，包括具有少于大约50埃的隧道势垒宽度的隧穿势垒；以及与所述隧穿势垒相连的导电材料，其中，与所述导电材料相连的所述隧穿势垒在读取电压下具有第一电导率，而且在施加编程电压之后在所述读取电压下具有第二电导率。24.如权利要求23所述的两端电器件，其中，所述电器件的电导率指示存储状态，并且所述存储状态可非破坏性地确定。25.如权利要求23所述的两端电器件，其中，在正常工作期间，电场使阴离子从所述导电材料运动进入所述隧穿势垒。26.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：D赖纳森，CJ谢瓦利耶，W金尼，R兰伯特森，SW龙科尔，JE小桑切斯，L施洛斯，PFS斯沃布，ER沃德，
申请(专利权)人：统一半导体公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]