一种阻变存储器及其操作方法技术

本发明专利技术公开一种阻变存储器及其操作方法，属于微电子和集成电路技术领域。本发明专利技术通过设计第一电极‑第一阻变层‑中间层‑第二阻变层‑第二电极结构，结合各层材料的特殊设计和操作方法，利用第二阻变层作为串联电阻在第一阻变层的成形(Forming)操作中施加限流或优化限流效果，降低了阻变存储器失效的可能性，且避免了对阻变存储器的后续使用过程产生负面影响，使串联电阻导致的等效开关比降低的问题得到了极大的改善，同时没有引入额外的面积开销。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微电子(microelectronics)和集成电路(integrated circuits)，具体涉及一种适用于非易失性存储器(non-volatile memory，nvm)和神经形态计算(neuromorphic computing)的阻变存储器(rram)的器件结构设计及其操作方法。

技术介绍

1、微电子器件的小型化在集成电路的性能提升和成本控制中起到了重要作用，其中，基于互补金属氧化物半导体(cmos)的逻辑器件的微缩带来的集成度提高和中央处理器(cpu)性能提升尤为明显。不过在冯·诺依曼架构下，计算机的存储器的读写速度及其与处理器之间的带宽限制阻碍了计算机整体性能的提升，而神经形态计算具有高并行度和高能效等优点，具有突破上述瓶颈的潜力。

2、阻变存储器是一种新型非易失性存储器，通常具有“金属-绝缘体-金属”的基本结构。在外加电压信号的作用下，阻变存储器的电导可以在一定范围内增大或减小，而且改变后的状态可以在撤去外部信号后长时间地保存，这种连接关系的增强和减弱分别对应于突触的长时程增强(ltp)和长时程抑制(ltd)，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种阻变存储器，其特征在于，包括依次叠加第一电极、第一阻变层、中间层、第二阻变层和第二电极，所述第一阻变层的阻变机制和第二阻变层的阻变机制各自是VCM机制或ECM机制，所述第一阻变层和所述第二阻变层均具有双极性的阻变特性，且第一阻变层和第二阻变层的阻变极性相反，即在第一电极和第二电极之间施加一非零的电压时，若第一阻变层的压降方向与其在Set或Reset操作下的压降方向相同，则第二阻变层的压降方向与其在Reset或Set操作下的压降方向相同；所述第二阻变层的厚度不超过第一阻变层的厚度的0.7倍，所述第二阻变层在初始状态下的电阻小于第一阻变层在初始状态下的电阻，且大于第一阻变层在低阻态的...

【技术特征摘要】

1.一种阻变存储器，其特征在于，包括依次叠加第一电极、第一阻变层、中间层、第二阻变层和第二电极，所述第一阻变层的阻变机制和第二阻变层的阻变机制各自是vcm机制或ecm机制，所述第一阻变层和所述第二阻变层均具有双极性的阻变特性，且第一阻变层和第二阻变层的阻变极性相反，即在第一电极和第二电极之间施加一非零的电压时，若第一阻变层的压降方向与其在set或reset操作下的压降方向相同，则第二阻变层的压降方向与其在reset或set操作下的压降方向相同；所述第二阻变层的厚度不超过第一阻变层的厚度的0.7倍，所述第二阻变层在初始状态下的电阻小于第一阻变层在初始状态下的电阻，且大于第一阻变层在低阻态的电阻；所述中间层的电阻率小于第一阻变层初始状态下的电阻率，同时所述中间层的电阻率也小于第二阻变层初始状态下的电阻率。

2.如权利要求1所述的阻变存储器，其特征在于，所述第一阻变层或第二阻变层的阻变机制为vcm机制时，该阻变层采用taox、hfox、tiox、niox(0＜x≤2.5)金属氧化物，若其为第一阻变层，则厚度在2nm～100nm之间，若其为第二阻变层，则厚度在1.4nm～70nm之间；所述第一阻变层或第二阻变层的阻变机制为ecm机制时，该阻变层采用sio2、hfo2、ta2o5、al2o3金属氧化物，若其为第一阻变层，则厚度在2nm～500nm之间，若其为第二阻变层，则厚度在1.4nm～350nm之间。

3.如权利要求2所述的阻变存储器，其特征在于，所述第一电极或第二电极的厚度范围为10nm～500nm，所述第一电极和第二电极采用tan、ta、tin、ti、w、cu、ag、pt、ir金属材料中的一种或多种，或采用上述两种或两种以上金属材料构成的合金或叠层。

4.如权利要求2或3所述的阻变存储器，其特征在于，所述中间层的厚度在1nm～200nm之间，中间层采用tan、ta、tin、ti、w、cu、ag、pt、ir金属材料中的一种或多种，或采用上述两种...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨玉超，杨宇翔，张腾，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：