本发明专利技术涉及非易失性存储元件及包括该非易失性存储元件的存储装置。一种非易失性存储元件可包括在两个电极之间的存储层，存储层可具有多层结构。存储层可包括底层和离子物种交换层，并可具有由于离子物种在所述底层和所述离子物种交换层之间的移动而引起的电阻改变特性。离子物种交换层可具有包括至少两层的多层结构。非易失性存储元件可具有由于具有所述多层结构的所述离子物种交换层而导致的多位存储特性。所述底层可以是氧供应层，所述离子物种交换层可以是氧交换层。
【技术实现步骤摘要】
本公开涉及非易失性存储元件及包括该非易失性存储元件的存储装置。
技术介绍
非易失性存储装置的例子包括电阻随机存取存储器(RRAM)、磁性随机存取存储器(MRAM)、铁电随机存取存储器(FRAM)、相变随机存取存储器(PRAM)等。RRAM是基于材料的电阻改变特性存储数据的电阻存储装置。在RRAM中，当施加到阻变材料的电压大于或等于置位电压时，阻变材料的电阻从高阻状态改变到低阻状态(也称为“导通(ON)状态”)。当施加到阻变材料的电压大于或等于复位电压时，阻变材料的电阻转回 到高阻状态(也称为“关闭(OFF)状态”)。一般地，电阻存储装置包括存储节点和开关装置。存储节点具有阻变材料层。开关装置电连接到存储节点并控制信号到存储节点的存取。对诸如电阻存储装置的各种非易失性存储装置的高性能和高集成的需要正不断增加。
技术实现思路
提供利用电阻改变特性的非易失性存储元件。提供具有多位存储特性的非易失性存储元件。提供用于降低操作电压的非易失性存储元件。提供包括所述非易失性存储元件的存储装置。额外的方面将在下面的说明中部分地阐述，并且部分地将从说明变得显然，或者可以通过给出的实施例的实践习得。根据本专利技术的一方面，一种非易失性存储元件包括第一电极；第二电极；以及电阻改变存储层，在第一电极与第二电极之间，该存储层包括底层和离子物种交换层，该离子物种交换层包括至少两层。 底层可以是氧供应层，离子物种交换层可以是氧交换层。该非易失性存储元件的存储特性是多位存储特性。所述至少两层可以包括第一交换层和第二交换层，该第一交换层可以在底层和第二电极之间，该第二交换层可以在第一交换层和第二电极之间。第一交换层和第二交换层可以为不同的金属氧化物。第二交换层的电阻率可以大于第一交换层的电阻率。第二交换层的氧亲和力可以大于或等于第一交换层的氧亲和力。第二交换层相对于底层的导带偏移可以大于第一交换层相对于底层的导带偏移。第二交换层的厚度可以小于或等于第一交换层的厚度。第一交换层可以包括钽(Ta)氧化物、锆(Zr )氧化物、钇(Y)氧化物、钇稳定氧化锆(YSZ)、钛(Ti)氧化物、铪(Hf)氧化物、锰(Mn)氧化物、镁(Mg)氧化物、及其组合中的至少一种。第二交换层可以包括Ta氧化物、Zr氧化物、Y氧化物、YSZ、Ti氧化物、Hf氧化物、Mn氧化物、Mg氧化物、及其组合中的至少一种。底层可以包括金属氧化物。底层的氧浓度可以低于离子物种交换层的氧浓度。底层的金属氧化物可以包括Ta氧化物、Zr氧化物、Y氧化物、YSZ、Ti氧化物、Hf氧化物、Mn氧化物、Mg氧化物、及其组合中的至少一种。底层的金属氧化物可以包括TaOx，并且0〈χ〈2· 5。该非易失性存储元件还可以包括在第一电极和存储层之间的缓冲层。缓冲层可以包括配置为增大第一电极和存储层之间的势垒的高度的材料。·根据本专利技术的另一方面，一种存储装置包括前述非易失性存储元件。该存储装置还可以包括连接到非易失性存储元件的开关元件。根据本专利技术的另一方面，一种存储装置包括多条第一导线；多条第二导线，交叉所述第一导线；以及多个第一存储单元，在第一导线和第二导线之间的多个第一交叉点处，每个第一存储单元包括电阻改变存储层，每个存储层包括底层和离子物种交换层，该离子物种交换层包括至少两层。底层可以是氧供应层，并且离子物种交换层可以是氧交换层。 存储层的存储特性是多位存储特性。每个第一存储单元还可以包括开关元件，在存储层和第二导线之间；以及中间电极，在存储层和开关元件之间。所述至少两层可以包括第一交换层和第二交换层，该第二交换层在第一交换层的与底层相反的一侧。第一交换层和第二交换层可以是不同的金属氧化物。第二交换层的电阻率可以大于第一交换层的电阻率。第二交换层的氧亲和力可以大于或等于第一交换层的氧亲和力。第二交换层相对于底层的导带偏移可以大于第一交换层相对于底层的导带偏移。第一交换层可以包括钽(Ta)氧化物、锆(Zr)氧化物、钇(Y)氧化物、钇稳定氧化锆(YSZ)、钛(Ti)氧化物、铪(Hf)氧化物、锰(Mn)氧化物、镁(Mg)氧化物、及其组合中的至少一种。第二交换层可以包括Ta氧化物、Zr氧化物、Y氧化物、YSZ、Ti氧化物、Hf氧化物、Mn氧化物、Mg氧化物、及其组合中的至少一种。底层可以包括金属氧化物。底层的金属氧化物可以包括Ta氧化物、Zr氧化物、Y氧化物、YSZ、Ti氧化物、Hf氧化物、Mn氧化物、Mg氧化物、及其组合中的至少一种。底层的金属氧化物可以包括TaOx，并且0〈x〈2. 5。每个第一存储单元还可以包括在第一导线和存储层之间的缓冲层。该存储装置还可以包括多条第三导线，交叉第二导线；以及多个第二存储单元，在第二导线和第三导线之间的多个第二交叉点处。第二存储单元可以为第一存储单元的颠倒结构和与第一存储单元相同的结构中的一种。附图说明这些和/或其它方面将从结合附图对实施例的以下描述变得显然和更易于理解，附图中 图I是剖视图，示出根据本专利技术一实施例的非易失性存储元件；图2A和2B是剖视图，用于解释根据本专利技术一实施例的非易失性存储元件的操作机制；图3是剖视图，示出根据本专利技术另一实施例的存储元件；图4是曲线图，示出根据本专利技术一实施例的存储元件的与复位电压的变化相关的导通电流和关闭电流的改变；图5是曲线图，示出根据本专利技术一实施例的存储元件的与复位电压的变化相关的导通/关闭电流比率的改变；图6是曲线图，示出根据本专利技术一实施例的存储元件的与每个开关条件的开关数量相关的导通电流和关闭电流的改变；图7是剖视图，示出根据用于与本专利技术一实施例比较的比较例的存储元件；图8是曲线图，示出根据图7的比较例的存储元件的与复位电压的变化相关的导通电流改变和关闭电流的改变；图9是曲线图，示出根据图7的比较例的存储元件的与复位电压的变化相关的导通/关闭电流比率的改变；图10是曲线图，示出根据图7的比较例的存储元件的与每个开关条件的开关数量相关的导通电流改变和关闭电流的改变；图11和12是透视图，每个示出使用根据本专利技术一实施例的存储元件的存储装置；图13是示出根据示例实施例的存储卡的示意图；以及图14是示出根据示例实施例的电子系统的方框图。具体实施例方式现在将参照附图更完整地描述各示例实施例，附图中示出示例实施例。应当理解，当元件被称为“连接”或“耦接”到另一元件时，其可以直接连接或耦接到其它元件或者可以存在居间元件。相反，当元件被称为“直接连接”或“直接耦接”到另一元件时，没有居间元件存在。这里使用时，术语“和/或”包括相关所列项的一个或更多的任意和全部组合。将理解，尽管术语“第一”、“第二”等可以在这里用来描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应局限于这些术语。这些术语仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一元件、部件、区域、层或部分区别开。因此，下面论述的第一元件、部件、区域、层或部分可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分而不偏离示例实施例的教导。空间关系术语，例如“下面”、“之下”、“下”、“之上”、“上”等，可以为了描述的方便而在这里用来描述图中所示的一个元件或特征对另一元件(或多个元件)或特征(或多个特征)的关系。将理解，空间关系术语意在包括装置在使用或操作中的除本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种非易失性存储元件，包括：第一电极；第二电极；及电阻改变存储层，在所述第一电极与所述第二电极之间，并且所述存储层包括：底层，和离子物种交换层，包括至少两层。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：李承烈，金英培，金昌桢，李明宰，许智贤，李东洙，张晚，李昌范，金京旻，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：
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