存储元件、微电子器件、其制造方法及存储信息的方法技术

本发明专利技术公开了一种存储元件和微电子器件及其制造方法。所述存储元件包括：第一数量的电极和第二数量的导电沟道，所述沟道在两电极子组之间，所述沟道表现出在不同的状态之间可逆转换的电阻，其中，第一数量大于二且第二数量大于第一数量的二分之一。导电沟道可以设置为过渡金属氧化物材料，其表现出可逆转换电阻，其归因于在电极和过渡金属氧化物材料之间的界面处的转换现象。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电子和微电子器件和存储元件及其制造方法。
技术介绍
常规RAM(随机存取存储器)单元包括晶体管和大多数由二氧化硅(SiO2)制成的电容器。该晶体管被用于控制存储于电容器中的电荷的流入和流出，电荷作为可用于存储信息的物理量。所述晶体管也将电容器彼此去耦。这样的RAM单元，也称为动态随机存取存储器(DRAM)和静态随机存取存储器(SRAM)，具有存储于其中的信息易失且因此在每次电源故障时而损失的缺点。另外，刷新常规RAM单元中包含的信息所需的时间限制了这样的单元的读写性能，且导致对电源的持续需求。因此，人们希望计算机RAM技术中出现一种超越常规、易失DRAM和SRAM的变化。已经提出了替代存储器件，即非易失存储器来取代已经提出的常规RAM，非易失存储器在去除电源之后仍可以保持它们的存储状态。在基于磁隧道结的磁随机存取存储器(MRAM)中，利用了两个铁磁层的相对取向来存储数字信息。在铁电非易失RAM(FERAM)单元中，利用位存储层的铁电极化来定义两个可以与两个不同的逻辑值相关的不同状态。另一实例为所谓的相变RAM(PCRAM)。在该方法中，可以将通常为硫属元素化物化合物(chalcogenide compound)的介质在高阻非晶态和低阻多晶硅态之间通过电流脉冲来转换。非易失存储器件的又一实例是具有两个(或更多)的可逆转换的和持久的电阻态的电阻器。US 6204139描述了一种用于转换薄膜电阻器中所使用的过渡金属氧化物材料的性质的方法。该性质，具体为电阻，是通过短的电脉冲可逆地转换的。提出了非易失存储单元的方法的应用。通过例如将高电阻态与逻辑“0”联系和将低电阻态与逻辑“1”联系来存储数字信息。文献“Reproducible switching effect in thin oxide films for memoryapplications”(用于存储器应用的薄氧化物膜中的可再现的开关效应)(A.Beck et al.Applied Physics letters，Vol.77，No.1，July 2000)、“Current-driveninsulator-conductor transition and non-volatile memory in chromium-dopedSrTiO3 single crystals”(掺铬SrTiO3单晶中电流驱动绝缘体-导体转变和非易失存储器)(Y.Watanabe et al.，Applied Physics Letters，Vol.78，No.23，June2001)和“Electrical current distribution across a metal-insulator-metal structureduring bistable switching”(双稳转换期间横跨金属-绝缘体-金属结构的电流分布)(C.Rossel et al.Journal of Applied Physics，Vol.90，No.6，September2001)以及国际申请公开WO 00/49659A1描述了具有能可逆转换的电阻的材料和材料种类，和由这些材料制成的简单电阻器件。该电阻态是持久的，即，非易失的。而且实现了多级转换。上述的电阻开关器件提供的存储密度和制造成本对于许多应用来说仍然不令人满意。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种具有增加的存储密度的存储元件。本专利技术的进一步的目的是提供一种微电子器件，诸如包括存储元件的器件，其可以在多个电阻态之间可逆地转换。本专利技术的又一目的是提供一种制造微电子器件的方法，该微电子器件可以在多个不同的非易失电阻态之间可逆地转换。本专利技术的再一个目的是提供一种以增加的存储密度存储信息的方法。根据本专利技术的第一方面，提供了一种存储元件，所述存储元件包括第一数量的电极和电极之间的第二数量的导电沟道(channel)，其中第二数量大于第一数量的二分之一。沟道的电阻特性为能够在低电阻态和高电阻态之间可逆地转换，该电阻态是持久的，即，非易失的。因此，与现有技术相反，至少一些电极终结(terminate)不仅是一个沟道而且是至少两个沟道。因为每个沟道包括能可逆地转换的电阻，所以与现有技术相比，每个电极可存储的信息密度增大了。该增加依赖于可以提供的沟道的数量和每个沟道可实现的状态数量。例如，在包括四个电极和其间的三个沟道的存储元件中，每个沟道具有两个可能的状态，与使用一对电极之间的一个沟道的现有技术相比，可以增加存储密度1.5倍。根据第二方面，提供了一种微电子器件，包括第一数量的电极；电接触，用于在所述电极对之间施加电压和用于测量所述电极对之间的电阻；和第二数量的导电沟道，在所述电极对之间，其中沟道表现出能够在不同状态之间可逆转换的电阻，且其中第二数量大于第一数量的二分之一。根据本专利技术的进一步的方面，提供了一种微电子器件，包括膜材料；和电极，成对地设置于所述膜的相对侧，所述器件包括在所述电极对之间的沟道，所述沟道具有能够可逆转换的电阻，所述器件还包括设置于所述膜的同一侧的电极之间的、具有能可逆转换的电阻的沟道，且所述器件还包括一装置，该装置用于将电压脉冲施加于两个所述电极的子组之间和用于判定所述两个电极的子组之间的电阻。根据本专利技术的又一方面，提供了一种微电子器件的制造方法，所述方法包括的步骤为提供过渡金属氧化物材料层，所述层包括第一数量的电极；通过在形成期间施加电压在至少一个所述第一数量的电极的两个的子组之间形成导电沟道；以及针对至少一个其它的两电极子组重复所述形成导电沟道的步骤，直到产生的导电沟道的数量超过电极数量的二分之一。根据又一方面，本专利技术还涉及一种存储信息的方法，所述方法包括的步骤为在多对电极之间中提供过渡金属氧化物材料层，所述过渡金属氧化物材料包括在所述电极对之间的导电沟道，还包括在设置于所述层的同一侧上的电极之间的导电沟道，所述沟道表现出能够在不同状态之间可逆转换的电阻；以及在两个电极之间施加电压脉冲，在两个电极之间存在所述导电沟道之一，所述电压脉冲具有选定的极性。根据又一方面，提供了一种存储元件，包括至少一对两个电极和提供于每对电极的两个电极之间的材料中的导电沟道，其中每对电极的两个电极之间的电阻取决于所述两个电极的第一个和所述材料之间的第一界面的条件以及所述两个电极的第二个和所述材料之间的第二界面的条件，且其中所述第一和第二界面条件能够在至少两个状态之间可逆地转换。在任一前述方面的优选实施例中，沟道提供于过渡金属氧化物材料中。根据现有知识，已经发现可以获得一个系统，其中沟道的电阻由每个电极和导电通道(conducting path)(或丝体，filament)之间的界面电阻和导电通道电阻构成，其中可逆转换本质上涉及界面电阻。因此，因为每个沟道包括两个界面，每个沟道的电阻不能仅采用两个不同的电阻值，而且能高达至少四个值。例如，在包括四个电极和其间的三个沟道的存储元件中，每个沟道具有两个可能的状态，与使用一对电极之间的一个沟道的现有技术相比，可以增加存储密度几乎2倍。具体地，在具有钙钛矿或类钙钛矿晶体结构的SrZrO3、(Ba，Sr)TiO3、Ta2O5、Ca2Nb2O7、(Pr，Ca)MnO3以及其它过本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种存储元件，包括：第一数量的电极和第二数量的导电沟道，所述沟道的每一个将所述电极的一个连接到所述电极的另一个，所述沟道表现出能够在不同状态之间可逆转换的电阻，其中，所述第一数量大于二且所述第二数量大于第一数量的二分之一。

【技术特征摘要】
EP 2004-10-1 04405614.11.一种存储元件，包括第一数量的电极和第二数量的导电沟道，所述沟道的每一个将所述电极的一个连接到所述电极的另一个，所述沟道表现出能够在不同状态之间可逆转换的电阻，其中，所述第一数量大于二且所述第二数量大于第一数量的二分之一。2.如权利要求1所述的存储元件，其中，所述电极邻接一种过渡金属氧化物材料设置，所述过渡金属氧化物材料形成所述导电沟道的部分。3.如权利要求2所述的存储元件，其中，所述过渡金属氧化物材料包括一种过渡金属掺杂剂和不同的过渡金属组合。4.如权利要求2所述的存储元件，其中，所述过渡金属氧化物材料是钙钛矿材料。5.如权利要求4所述的存储元件，其中，所述过渡金属掺杂剂选自由铬、钒和锰构成的组。6.如权利要求2所述的存储元件，所述过渡金属氧化物材料设置为层，所述电极设置在所述层的不同侧，从而形成以电容器状方式排列的电极对。7.如权利要求2所述的存储元件，其中，所述导电沟道为通过一种形成工艺形成的管道，所述形成工艺包括在形成时间期间施加电压。8.如权利要求1所述的存储元件，所述第一数量至少为四，且所述沟道的第一个将所述电极的第一个与所述电极的第二个连接，所述沟道的第二个将所述第二电极连接到所述电极的第三个，所述沟道的第三个将所述第三电极连接到所述电极的第四个。9.如权利要求8所述的存储元件，其中，设置所述至少四个电极邻近形成所述导电沟道的过渡金属氧化物材料的层，所述第二和所述第三电极设置于所述层的第一侧，且所述第一和第四电极设置于所述层的第二侧。10.如权利要求1所述的存储元件，其中，所述导电沟道包括硫属元素化物材料。11.一种微电子器件，包括第一数量的电极；电接触，用于在所述电极对之间施加电压；和第二数量的导电沟道，在所述电极对之间，所述沟道表现出能在不同状态之间可逆转换的电阻，其中，所述第二数量大于所述第一数量的二分之一。12.如权利要求11所述的微电子器件，其中，所述电极邻接形成至少部分的所述导电沟道的过渡金属氧化物材料。13.一种微电子器件，包括膜材料；和电极，成对地设置于所述膜的相对侧，所述器件包括在所述电极对之间的沟道，所述沟道具有能够可逆转换的电阻，所述器件还包括在设置于所述膜...

【专利技术属性】
技术研发人员：桑托斯F阿尔瓦拉多，格哈德I梅杰，乔格贝德诺兹，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]