具有二极管整流能力的电阻式存储器制造技术

本发明专利技术公开一种具二极管整流能力的电阻式存储器结构，其包括一第一电极、一第二电极与一电阻转换层。电阻转换层设置于第一电极与第二电极之间，且电阻转换层包括邻接于第一电极的一第一氧化绝缘层，邻接于第二电极的一第二氧化绝缘层，与设置于第一氧化绝缘层与第二氧化绝缘层之间的一能障调控层。能障调控层与第一氧化绝缘层之间，可由电压调控能障大小，进而改变电阻值，第二氧化绝缘层与能障调控层间，形成固定能障，使电阻式存储器元件兼具二极管整流功能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电阻式存储器，特别是涉及通过电压调控能障而兼具有可变电阻特性与二极管整流特性的电阻式存储器。
技术介绍
请参照图IA绘示现有技术的电阻式存储器使用于交点式存储器阵列示意图，图IB绘示现有技术的电阻式存储器的ITlR结构示意图，图IC绘示现有技术的电阻式存储器的IDlR结构示意图。一般存储器常被制作形成存储器阵列结构。如图1A，当电阻式存储器应用于交点式阵列结构时，在读取一选取存储单元(selected cell) 11的为off状态时，会因为目标存 储单元周边的未选取存储单元(unselected cell) 12处与导通状态的(图IA绘示的虚线)影响，导致误判选取存储单元11实际状态的情形，使得电阻式存储器无法被单独使用于读取存储单元的作业。因此，电阻式存储器一般会将一电阻元件10搭配一晶体管(Transistor) 13而形成图IB绘示的ITlR结构，或是将电阻元件10搭配一二极管(Diode) 14而形成图IC绘示的IDlR结构，并将此类结构(1T1R或1D1R)结合于存储器阵列中。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术揭露一种具有二极管整流能力的电阻式存储器结构，包括一第一电极、一第二电极与一电阻转换层。电阻转换层设置于第一电极与第二电极之间，且电阻转换层包括邻接于第一电极的一第一氧化绝缘层，邻接于第二电极的一第二氧化绝缘层，与设置于第一氧化绝缘层与第二氧化绝缘层之间的一能障调控层。能障调控层与第一氧化绝缘层之间形成一能障。能障调控层与第一氧化绝缘层之间，可由电压调控能障大小，进而改变电阻值，第二氧化绝缘层与能障调控层间，形成固定能障，使电阻式存储器元件兼具因此具整流功能。附图说明图IA为现有技术的电阻式存储器使用于交点式存储器阵列示意图；图IB为现有技术的电阻式存储器的ITlR结构示意图；图IC为现有技术的电阻式存储器的IDlR结构示意图；图2为本专利技术实施例的电阻式存储器的存储单元结构示意图；图3为本专利技术实施例的电阻式存储器的局部导通路径成形示意图；图4为本专利技术实施例的电阻式存储器的可变电阻特性示意图；图5为本专利技术实施例的电阻式存储器的可变电阻特性曲线图；图6为本专利技术实施例的电阻式存储器的二极管特性示意图；图7为本专利技术实施例的电阻式存储器的二极管特性曲线图8为本专利技术实施例的电阻式存储器的I-V曲线与电压对反转次数曲线图；以及图9为本专利技术实施例的电阻式存储器结合于存储器阵列示意图。主要元件符号说明10 电阻元件11 选取存储单元12 未选取存储单元 13 晶体管14 二极管21 第一电极22 第二电极30 电阻转换层31 第一氧化绝缘层32 第二氧化绝缘层33 能障调控层34局部导通路径35第一氧化绝缘层的氧离子36局部能障调控层41选取存储单元42未选取存储单元e电子Vb工作偏压Vcut_in 切入电压Vf生成电压具体实施例方式兹配合附图将本专利技术较佳实施例详细说明如下。首先请参照图2绘示本专利技术实施例的电阻式存储器结构示意图。此电阻式存储器的存储单元结构包括一第一电极21、一电阻转换层30与一第二电极22,电阻转换层30设置于第一电极21与第二电极22之间。电阻转换层30包括一第一氧化绝缘层31、一能障调控层与一第二氧化绝缘层32，能障调控层33设置于第一氧化绝缘层31与第二氧化绝缘层32之间。此例中，第一氧化绝缘层31被设置以邻接第一电极21，第二氧化绝缘层32被设置以邻接第二电极22。其中，第一电极21可为任意导体或是半导体，其包括如钼(Pt)、金(Au)、铝(Al)、钛(Ti)、钨(W)、钨(W)、钌(Ru)、钽(Ta)、氮化钛(TiN)或硅(Si)等导电材质。第二电极22为具砷(As)离子的硅基材(N+Si)，或是为任意导体或是半导体，其包括如钼(Pt)、金(Au)、铝(Al)、钛(Ti)、钨(W)、鹤(W)、钌(Ru)、钽(Ta)、氮化钛(TiN)或硅(Si)等导电材质。第一氧化绝缘层31包括的氧化物材质包括硅(Si)、铪(Hf)、铝(Al)、锆(Zr)、铌(Nb)、钛(Ti)、钽(Ta)与镧(La)的氧化物，例如 Si02、Hf02、A1203、Zr0、Nb0、Ti0、Ni0、Ta0、LaO等为化学计量比的氧化物，或其它相似的氧化物，并不以上述氧化物为限。而第二氧化绝缘层32可采用与第一氧化绝缘层31相同元素的氧化物，或是依据设计人员的需求而使用相异元素的氧化物。能障调控层33采用符合化学计量比的氮硅化合物层，其具有能隙且可通过氧的比例增加而增加能隙，此氮硅化合物层更包括硅(Si)、锗(Ge)、氮锗化合物GeN (GeN氮锗化合物)等，或金属过量的金属氧化物。此例以氮化硅(Si3N4)为例，但不以此为限，依设计人员的设计需求而定。依据前述的电阻转换层30结构，能障调控层33会与第一氧化绝缘层31之间形成一能障而与第二氧化绝缘层32形成固定的能障。在此说明，文中的能障所指的是对于电子传输时所看到能障，并非是指分子间结 合的能障不同。其中，一工作偏压(Vb)跨接于第一电极21与第二电极22时，电阻转换层30会依据电压的极性而呈现一可变电阻特性或一二极管特性。当电阻转换层30呈现可变电阻特性时，可经由能障调控层33与第一氧化绝缘层31相互反应来调节前述的能障，进而调整整个电阻式存储器的电阻值。以下各别说明电阻式存储器的进行生成过程(FormingProcess)的活化，及可变电阻特性及二极管特性的运作情形。请参照图3绘示本专利技术实施例的电阻式存储器的进行生成过程的局部导通路径成形示意图。一生成电压(Vf)跨接于第一电极21与第二电极22，如第二电极22接地，第一电极21施加负30伏特(-30V)。造成第一氧化绝缘层的软崩溃，形成一局部导通路径34，其中第一氧化绝缘层31的氧离子键结(0-2)35会被打断，可与能障调控层33的元素(Si及N)进行反应，形成局部能障调控层(SiONx) 36。请参照图4绘示本专利技术实施例的电阻式存储器的可变电阻特性运作示意图，请同时参阅图3、以及图5绘示本专利技术实施例的电阻式存储器的可变电阻特性曲线图以利于了解。当一工作偏压Vb跨接于第一电极21与第二电极22时，在此工作偏压Vb以负电压为例。第一氧化绝缘层31的氧离子35，在适当的电场条件与局部导通路径34的协助下，可于第一氧化绝缘层31与能障调控层33两者的局部界面上，与能障调控层33的元素进行结合反应(即(SiONx)的形成)，而局部能障调控层36中，Si3N4形成SiONx中氧的含量，会影响能障的大小，进而造成第一氧化绝缘层31与能障调控层33之间于受电前后的能障差异。但第二氧化绝缘层32与能障调控层33之间的能障会固定不变。也就是说，能障的大小是受控于第一氧化绝缘层31的氧离子与能障调控层33的元素的结合/脱离反应强度，然而结合/脱离反应强度受控于负/正电压的电压值。如此，通过能障的改变即可调整电阻式存储器的电阻值，进而使用于数据存储作业。请参照图6绘示本专利技术实施例的电阻式存储器的二极管特性示意图，请同时参阅图7绘示本专利技术实施例的电阻式存储器的二极管特性曲线图以利于了解。当一工作偏压Vb跨接于第一电极21与第二电极22时，在此工作偏压Vb以正电压为例。电子e的流动方向依序为第二电极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有二极管整流能力的电阻式存储器结构，包括：第一电极；第二电极；以及电阻转换层，设置于该第一电极与该第二电极之间，该电阻转换层包括：第一氧化绝缘层，邻接于该第一电极；第二氧化绝缘层，邻接于该第二电极；及能障调控层，设置于该第一氧化绝缘层与该第二氧化绝缘层之间，并与该第一氧化绝缘层之间形成一能障，与该第二氧化绝缘层之间形成一固定能障，其中，一工作偏压自该第一电极跨接至该第二电极时，该电阻转换层呈现一经由该能障调控层与该第一氧化绝缘层相互反应以调节该能障的可变电阻特性，与由该固定能障调节电流的一二极管特性。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：张鼎张，徐詠恩，简富彦，蔡铭进，
申请(专利权)人：财团法人工业技术研究院，
类型：发明
国别省市：