專利名稱：阻變存儲(chǔ)器單元的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件及制造技術(shù)，更具體地說(shuō)，涉及一種阻變存儲(chǔ)器單元。
背景技術(shù)：
隨著可攜式個(gè)人設(shè)備的流行，非揮發(fā)性存儲(chǔ)器由于具有在無(wú)電源供應(yīng)時(shí)仍能維持記憶狀態(tài)和操作低功耗等優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為半導(dǎo)體工業(yè)中的研發(fā)重點(diǎn)。目前市場(chǎng)上的非揮發(fā)性存儲(chǔ)器仍以閃存(Flash)為主流，而相對(duì)于Flash，阻變存儲(chǔ)器，即電阻轉(zhuǎn)變型隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RRAM, Resistiverandom access memory),在單元面積、器件密度、功耗、編程/擦除速度、3D集成和多值實(shí)現(xiàn)等諸多方面都具有極大優(yōu)勢(shì)，受到國(guó)內(nèi)外大公司和科研院所的高度關(guān)注，逐漸成為目前新型非揮發(fā)性存儲(chǔ)器件中的研究重點(diǎn)。 RRAM的基本結(jié)構(gòu)為上電極-阻變功能層-下電極的垂直結(jié)構(gòu)，通過(guò)阻變功能層中阻變材料的特性，在上下電極所加電壓的作用下，器件的電阻會(huì)在高阻態(tài)、低阻態(tài)之間發(fā)生轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)“0”和“I”的存儲(chǔ)。通常地，RRAM在外加電壓下的轉(zhuǎn)變特性有兩種，一種是單極性RRAM，即電阻的轉(zhuǎn)變發(fā)生在相同的電壓極性上，另一種是雙極性RRAM，即電阻的轉(zhuǎn)變發(fā)生在相反的電壓極性上。對(duì)于RRAM，可以采用交叉陣列結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)高密度存儲(chǔ)。在交叉陣列結(jié)構(gòu)中，在相互垂直的字線(WL，Word Line)和位線(BL，Bit Line)的交叉點(diǎn)處確定一個(gè)存儲(chǔ)器件，每個(gè)存儲(chǔ)器件通過(guò)位線和字線實(shí)現(xiàn)其選通和讀寫操作。然而，由于交叉陣列中存儲(chǔ)器件具有對(duì)稱的電學(xué)特性，使得該結(jié)構(gòu)存在串?dāng)_(crosstalk)的問(wèn)題，如圖I所示，在一個(gè)2x2的交叉存儲(chǔ)陣列中，坐標(biāo)為(1，1)的存儲(chǔ)器件處于高阻狀態(tài)，其余三個(gè)相鄰存儲(chǔ)器件(1，2)、(2，2)和(2，I)都處于低阻狀態(tài)，這時(shí)在(1，1)存儲(chǔ)器件所在的字線上加讀電壓時(shí)，希望的電流通路為(1，1) — (2，1)(如圖I中實(shí)線所示)，但實(shí)際上電流會(huì)沿著低阻通道(2，I) — (2，2) — (1,2)(圖I中實(shí)線所示)進(jìn)行傳導(dǎo)，形成一個(gè)漏電通道，使得這時(shí)本處于高阻狀態(tài)的(1,1)存儲(chǔ)器件被誤讀成低阻態(tài)，這就是串?dāng)_。這種串?dāng)_問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致的受訪存儲(chǔ)器件的誤讀，這種誤讀會(huì)大大降低存儲(chǔ)器的可靠性。通常地，將整流二極管串聯(lián)到RRAM上組成阻變存儲(chǔ)器單元，由阻變存儲(chǔ)器單元組成的交叉陣列，以整流二極管為選通器件，通過(guò)具有整流特性的整流二極管來(lái)解決串?dāng)_問(wèn)題。但是，目前的整流二極管都只具有單向的整流特性，不能在反方向上提供足夠的電流，因此該整流二極管只能夠同單極性RRAM相串聯(lián)，來(lái)解決單極性RRAM的串?dāng)_問(wèn)題，而不能解決雙極性RRAM的串?dāng)_問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例提供一種阻變存儲(chǔ)器單元，可以解決單極性和雙極性阻變存儲(chǔ)器的串?dāng)_問(wèn)題，提高了阻變存儲(chǔ)器的可靠性。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實(shí)施例提供了如下技術(shù)方案一種阻變存儲(chǔ)器單元，包括阻變存儲(chǔ)器和雙態(tài)電阻器，其中，所述阻變存儲(chǔ)器串接所述雙態(tài)電阻器，所述雙態(tài)電阻器為具有雙向非對(duì)稱整流特性的選通器件?？蛇x地，所述阻變存儲(chǔ)器具有單極性阻變特性，所述雙態(tài)電阻器的第一電壓極性下的最大閾值電壓為V1、第二電壓極性下的最大閾值電壓為V3，所述阻變存儲(chǔ)器的設(shè)置電壓為 Vset、重置電壓為 Vreset，其中，Vset > IV11, Vreset > Iv1I, Iv3 > IV1U可選地，所述阻變存儲(chǔ)器具有單極性阻變特性，所述雙態(tài)電阻器的第一電壓極性下的最大閾值電壓為V1、第二電壓極性下的最大閾值電壓為V3，所述阻變存儲(chǔ)器的重置電壓為v_6t，當(dāng)阻變存儲(chǔ)器處于低阻態(tài)時(shí)，對(duì)阻變存儲(chǔ)器單元加讀電壓為Vread，其中，Iv1〈Vread〈 Vreset, I Vrea(j I〈 IV31。可選地，所述阻變存儲(chǔ)器具有雙極性阻變特性，所述雙態(tài)電阻器的第一電壓極性下的最大閾值電壓為V1、第二電壓極性下的最大閾值電壓為V3，所述阻變存儲(chǔ)器的設(shè)置電
壓為Vsrt、重置電壓為Vresrt，其中，Vsrt > V1I O 可選地，所述阻變存儲(chǔ)器具有雙極性阻變特性，所述雙態(tài)電阻器的第一電壓極性下的最大閾值電壓為V1、第二電壓極性下的最大閾值電壓為V3，所述阻變存儲(chǔ)器的設(shè)置電壓為Vs6t，當(dāng)阻變存儲(chǔ)器處于低阻態(tài)時(shí)，對(duì)阻變存儲(chǔ)器單元加讀電壓為Vread，其中，Iv1
〈^read〈 Vset, I Vread |〈 I V3 I。本發(fā)明實(shí)施例還公開(kāi)了一種阻變存儲(chǔ)器單元，包括下電極；下電極上的n型第一半導(dǎo)體層、n型第一半導(dǎo)體層上的p型第二半導(dǎo)體層以及P型第二半導(dǎo)體層上的n型第三半導(dǎo)體層；n型第三半導(dǎo)體層上的共用電極；共用電極上的阻變功能層；阻變功能層上的上電極；其中，所述下電極、n型第一半導(dǎo)體層、p型第二半導(dǎo)體層、n型第三半導(dǎo)體層以及中間電極組成雙態(tài)電阻器，所述中間電極、阻變功能層和上電極組成阻態(tài)存儲(chǔ)器，所述雙態(tài)電阻器為具有雙向非對(duì)稱整流特性的選通器件?？蛇x地，所述n型第一半導(dǎo)體層、p型第二半導(dǎo)體層和n型第三半導(dǎo)體層包括Si、Ge、GaAs、InP 或 SiGe。本發(fā)明還提供了另一種阻變存儲(chǔ)器單元，包括下電極；下電極之上的阻變功能層；阻變功能層上的共用電極；共用電極上的n型第一半導(dǎo)體層、n型第一半導(dǎo)體層上的p型第二半導(dǎo)體層以及P型第二半導(dǎo)體層上的n型第三半導(dǎo)體層；n型第三半導(dǎo)體層上的上電極；其中，所述下電極、n型第一半導(dǎo)體層、p型第二半導(dǎo)體層、n型第三半導(dǎo)體層以及中間電極組成雙態(tài)電阻器，所述中間電極、阻變功能層和上電極組成阻態(tài)存儲(chǔ)器，所述雙態(tài)電阻器為具有雙向非對(duì)稱整流特性的選通器件?？蛇x地，所述n型第一半導(dǎo)體層、p型第二半導(dǎo)體層和n型第三半導(dǎo)體層包括Si、Ge、GaAs、InP 或 SiGe。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，上述技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明實(shí)施例的阻變存儲(chǔ)器單元，將阻變存儲(chǔ)器同雙態(tài)電阻器串聯(lián)，以雙態(tài)電阻器為選通器件，由于雙態(tài)電阻器具有雙向非對(duì)稱整流特性，可以在正反兩個(gè)電壓極性下提供足夠的電流，同時(shí)，既可以作為單極性阻變存儲(chǔ)器的選通器件，也可以作為雙極性阻變存儲(chǔ)器的選通器件，從而解決雙極性和單極性阻變存儲(chǔ)器的串?dāng)_問(wèn)題。


通過(guò)附圖所示，本發(fā)明的上述及其它目的、特征和優(yōu)勢(shì)將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按實(shí)際尺寸等比例縮放繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。圖I為RRAM交叉存儲(chǔ)陣列中串?dāng)_問(wèn)題的示意圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的阻變存儲(chǔ)器單元的等效電路示意圖； 圖3為本發(fā)明實(shí)施例中雙態(tài)電阻器的雙向整流的I-V曲線示意圖；圖4為單極性阻變存儲(chǔ)器的I-V曲線示意圖；圖5為阻變存儲(chǔ)器在低阻態(tài)下的讀操作的I-V曲線示意圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例阻變存儲(chǔ)器單元中阻變存儲(chǔ)器在低阻態(tài)下的讀操作的具有整流特性的I-V曲線示意圖；圖7為雙極性阻變存儲(chǔ)器的I-V曲線示意圖；圖8根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的阻變存儲(chǔ)器單元的結(jié)構(gòu)示意圖；圖9根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的阻變存儲(chǔ)器單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說(shuō)明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開(kāi)的具體實(shí)施例的限制。其次，本發(fā)明結(jié)合示意圖進(jìn)行詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實(shí)施例時(shí)，為便于說(shuō)明，表示器件結(jié)構(gòu)的剖面圖會(huì)不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明保護(hù)的范圍。此外，在實(shí)際制作中應(yīng)包含長(zhǎng)度、寬度及深度的三維空間尺寸。正如背景技術(shù)部分所述，將二極管串聯(lián)到RRAM的結(jié)構(gòu)，只能解決單極性RRAM的串?dāng)_問(wèn)題，卻不能解決雙極性RRAM的串?dāng)_問(wèn)題，為此，本發(fā)明提出了一種阻變存儲(chǔ)器單元，解決單極性和雙極性阻變存儲(chǔ)器的串?dāng)_問(wèn)題。參考圖2，所述阻變存儲(chǔ)器單元包括雙態(tài)電阻器(I)和阻變存儲(chǔ)器(2)，其中所述阻變存儲(chǔ)器串接所述雙態(tài)電阻器，所述雙態(tài)電阻器為具有雙向非對(duì)稱整流特性的選通器件。需要說(shuō)明的是，本申請(qǐng)中的阻變存儲(chǔ)器僅指具有電阻轉(zhuǎn)變特性并用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的器件，本申請(qǐng)中的阻變存儲(chǔ)單元指阻變存儲(chǔ)器件連接其他功能器件而組成的存儲(chǔ)單元，該阻變存儲(chǔ)單元中的阻變存儲(chǔ)器件具有電阻轉(zhuǎn)變特性并用于存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，該存儲(chǔ)單元可以為組成交叉陣列的最小單元。在本發(fā)明中，所述雙態(tài)電阻器為阻變存儲(chǔ)器的選通器件，具有雙向非對(duì)稱整流特性，也就是說(shuō)，所述雙態(tài)電阻器在正反電壓極性下都具有整流特性，且所述雙態(tài)電阻器的正向閾值電壓的絕對(duì)值不等于負(fù)向閾值電壓的絕對(duì)值。對(duì)于非對(duì)稱整流特性，具體來(lái)說(shuō)，當(dāng)?shù)谝浑妷簶O性下的最大閾值電壓為V1、最小閾值電壓為V2,第二電壓極性下的最大閾值電壓為V3、最小閾值電壓為V4，第一電壓極性為正向電壓時(shí)，第二電壓極性為反向電壓，反之，第一電壓極性為反向電壓時(shí)，第二電壓極性為正向電壓，其中，本發(fā)明中，Iv1 < |v3|，其中所述最大閾值電壓均指電壓絕對(duì)值為最大時(shí)的閾值點(diǎn)，例如，參考圖3，在反向電壓時(shí)，最大閾值電壓指V3。對(duì)于本發(fā)明，在所加電壓超過(guò)閾值電壓時(shí)，該雙態(tài)電阻器可以在正反兩個(gè)電壓極性下提供較大的工作電流，同阻變存儲(chǔ)器串聯(lián)后，在保證阻變存儲(chǔ)器高低阻轉(zhuǎn)變功能的同時(shí)，使其在讀狀態(tài)表現(xiàn)出整流特性，規(guī)避不必要的電流，從而解決串?dāng)_問(wèn)題。為了更好的理解本發(fā)明的發(fā)明點(diǎn)、技術(shù)手段和效果，在以下實(shí)施例和圖例中，均以 雙態(tài)電阻器的第一電壓極性為正向電壓、第二電壓極性為反向電壓的實(shí)施例進(jìn)行描述，但其中的電壓關(guān)系的表述仍然適用于雙態(tài)電阻器的第一電壓極性為反向電壓、第二電壓極性為正向電壓的實(shí)施例。以下將結(jié)合雙態(tài)電阻器的電學(xué)特性及附圖和實(shí)施例，分別對(duì)單極性阻變存儲(chǔ)器和雙極性阻變存儲(chǔ)器的阻變存儲(chǔ)單元的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。第一實(shí)施例在此實(shí)施例中，所述阻變存儲(chǔ)器為單極性阻變存儲(chǔ)器，具有單極性轉(zhuǎn)變特性。參考圖4，圖4為沒(méi)有連接任何整流器件的單極性阻變存儲(chǔ)器的I-V曲線示意圖， 該單極性阻變存儲(chǔ)器開(kāi)始處于高阻態(tài)，在一個(gè)帶有限流的正向掃描電壓下，當(dāng)電壓到達(dá)設(shè)置電壓Vs6t時(shí)，阻變存儲(chǔ)器由高阻態(tài)變?yōu)榈妥钁B(tài)，而當(dāng)撤掉電壓時(shí)，阻變存儲(chǔ)器仍然可以保持在低阻狀態(tài)；在擦除操作中，在器件兩端加一個(gè)沒(méi)有限流的正向掃描電壓，當(dāng)電壓到達(dá)重置電壓時(shí)，這時(shí)器件回到高阻狀態(tài)，在撤掉電壓的情況下，器件仍然保持在高阻態(tài)。本發(fā)明實(shí)施例中的單極性阻變存儲(chǔ)器的讀寫電壓滿足以下關(guān)系v_d < Vreset < Vseto當(dāng)單極性阻變存儲(chǔ)器分別處于高阻態(tài)和低阻態(tài)時(shí)，采用直流掃描-VMad — Vread時(shí)，器件在正反電壓極性下，表現(xiàn)出對(duì)稱的電流-電壓曲線，如圖5所示。參考圖3，圖3為本發(fā)明實(shí)施例中雙態(tài)電阻器的雙向整流的電流-電壓(I-V)曲線示意圖，為雙態(tài)存儲(chǔ)器開(kāi)始處于高阻態(tài)的直流掃描模式下的I-V曲線，在此實(shí)施例中，Iv1
<Iv3I，可以看到，當(dāng)正向掃描電壓到達(dá)V1時(shí)，雙態(tài)電阻器導(dǎo)通，這時(shí)器件處于低阻態(tài)，當(dāng)掃描電壓由V1向V2回掃時(shí)，器件的低阻狀態(tài)可以保持，但是當(dāng)器件電壓小于V2時(shí)，器件由低阻態(tài)回到高阻態(tài)。在反向掃描電壓下，雙態(tài)電阻器也有類似的電學(xué)特性，即，掃描電壓大于V3電壓時(shí)，器件由高阻態(tài)變到低阻態(tài)，而在回掃的過(guò)程中，當(dāng)掃描電壓小于V4時(shí)，器件重新回到高阻態(tài)。可以看出，雙態(tài)電阻器在V1-V2和V3-V4區(qū)間能夠表現(xiàn)出兩種電阻狀態(tài)。由于雙態(tài)電阻器在正反兩個(gè)方向上都有整流特性，而將具有上述電學(xué)特性的單極性阻變存儲(chǔ)器同雙態(tài)電阻器串聯(lián)，組成本發(fā)明實(shí)施例的阻變存儲(chǔ)器單元后，在合理的設(shè)計(jì)雙態(tài)電阻器的正反導(dǎo)通電壓和單極性阻變存儲(chǔ)器的操作電壓的下，雙態(tài)電阻器可以作為單極性阻變存儲(chǔ)器的選通器件。
具體來(lái)說(shuō)，阻變存儲(chǔ)單元的操作方式如下初始態(tài)單極性阻變電阻器與雙態(tài)電阻器均處于高阻狀態(tài)時(shí)，當(dāng)在阻變存儲(chǔ)單元上加一個(gè)編程電壓Vl6g,編程電壓滿足Vg〉Vset> Iv1條件，這時(shí)單極性阻變存儲(chǔ)器被編程到低阻狀態(tài)；而當(dāng)在串聯(lián)結(jié)構(gòu)上加一個(gè)擦除電壓V■，擦除電壓滿足Iv11 < Vreset < Vs^< Vset條件，這時(shí)單極性阻變存儲(chǔ)器從低阻狀態(tài)被編程回到高阻狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)阻變存儲(chǔ)器的高低阻態(tài)轉(zhuǎn)變。當(dāng)單極性阻變存儲(chǔ)器處于低阻狀態(tài)時(shí)，采用讀電壓vMad來(lái)讀取器件的狀態(tài)，讀電壓滿足Iv1I <VMad<V_jP |VMad|
<Iv3I，此時(shí)在正反讀電壓掃描下，阻變存儲(chǔ)器表現(xiàn)出具有整流特性的I-V曲線，如圖6所
/Jn o當(dāng)采用這種串聯(lián)雙態(tài)電阻器的存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)時(shí)，結(jié)合圖I所示的交叉陣列漏電通道示意圖可以看出，讀取(1，1)存儲(chǔ)單元數(shù)據(jù)，其三個(gè)相鄰存儲(chǔ)器件(1，2)、(2，2)和(2，I)無(wú)論處于高阻態(tài)還是低阻態(tài)，由于整流特性其反方向的讀出電流都比較小，圖I所示的漏電通道相當(dāng)于被斷開(kāi)，交叉陣列中的電流只能通過(guò)(1，1)器件來(lái)進(jìn)行傳輸，因此消除了“誤 讀”的現(xiàn)象，即串?dāng)_問(wèn)題。第二實(shí)施例在此實(shí)施例中，所述阻變存儲(chǔ)器為雙極性阻變存儲(chǔ)器，具有雙極性轉(zhuǎn)變特性。參考圖7，圖7為沒(méi)有連接任何整流器件的雙極性阻變存儲(chǔ)器的I-V曲線示意圖，該雙極性阻變存儲(chǔ)器開(kāi)始處于高阻態(tài)，在正向掃描電壓下(采用限流模式)，當(dāng)電壓到達(dá)設(shè)置電壓Vs6t時(shí)，阻變存儲(chǔ)器由高阻態(tài)變?yōu)榈妥钁B(tài)，而當(dāng)撤掉電壓時(shí)，阻變存儲(chǔ)器仍然可以保持在低阻狀態(tài)；與第一實(shí)例中單極性阻變存儲(chǔ)器不同，雙極性阻變存儲(chǔ)器的擦除操作必須在相反的極性下實(shí)現(xiàn)，在器件兩端加一個(gè)負(fù)向掃描電壓，當(dāng)掃描電壓到達(dá)重置電壓時(shí)，這時(shí)器件的電流值突然降低，器件由低阻態(tài)重新回到高阻狀態(tài)，在撤掉電壓的情況下，器件仍然能夠保持高阻狀態(tài)。由于雙極性阻變存儲(chǔ)器的編程和擦除操作必須在相反的極性下實(shí)現(xiàn)，因此普通的單向整流的二極管無(wú)法為擦除過(guò)程提供足夠的操作電流。當(dāng)雙極性阻變存儲(chǔ)器處于低阻態(tài)時(shí)，采用直流掃描Vrad -vMad時(shí)，器件在正反電壓極性下，表現(xiàn)出對(duì)稱的電流-電壓曲線，如圖5中所示。雙態(tài)電阻器的電流-電壓曲線同第一實(shí)施例中的雙態(tài)電阻器，參考圖3。由于雙態(tài)電阻器在正反兩個(gè)方向上都有整流特性，而將具有上述電學(xué)特性的雙極性阻變存儲(chǔ)器同雙態(tài)電阻器串聯(lián)，組成本發(fā)明實(shí)施例的阻變存儲(chǔ)器單元后，在合理的設(shè)計(jì)雙態(tài)電阻器的正反導(dǎo)通電壓和雙極性阻變存儲(chǔ)器的操作電壓下，雙態(tài)電阻器可以作為雙極性阻變存儲(chǔ)器的選通器件。具體地，阻變存儲(chǔ)單元的操作方式如下初始態(tài)雙極性阻變存儲(chǔ)器與雙態(tài)電阻器均處于高阻狀態(tài)，當(dāng)在阻變存儲(chǔ)單元上加一個(gè)編程電壓Vl6g,編程電壓滿足Vgg〉Vsrt >Iv1條件，這時(shí)雙極性阻變存儲(chǔ)器被編程到低阻狀態(tài)；而當(dāng)在串聯(lián)結(jié)構(gòu)上加一個(gè)擦除電壓V擦@，擦除電壓滿足> Iv3I條件，這時(shí)雙極性阻變存儲(chǔ)器從低阻狀態(tài)被編程到高阻狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)阻變存儲(chǔ)器的高低阻態(tài)轉(zhuǎn)變。當(dāng)雙極性阻變存儲(chǔ)器處于低阻狀態(tài)時(shí)，采用讀電壓vMad來(lái)讀取器件的狀態(tài)，讀電壓滿足Iv1I <
Vread〈 ^set ^口 I ^read < IV31，此時(shí)在正反讀電壓掃描下，阻變存儲(chǔ)器表現(xiàn)出具有整流特性的電流-電壓曲線，如圖6所示。當(dāng)采用這種串聯(lián)雙態(tài)電阻器的存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)時(shí)，結(jié)合圖I所示的交叉陣列漏電通道示意圖可以看出，讀取(1，1)存儲(chǔ)單元數(shù)據(jù)，其三個(gè)相鄰存儲(chǔ)器件(1，2)、(2，2)和(2，I)無(wú)論處于高阻態(tài)還是低阻態(tài)，由于整流特性其反方向的讀出電流都比較小，圖I所示的漏電通道相當(dāng)于被斷開(kāi)，交叉陣列中的電流只能通過(guò)(1，1)器件來(lái)進(jìn)行傳輸，因此消除了“誤讀”的現(xiàn)象，即串?dāng)_問(wèn)題。以上對(duì)本發(fā)明實(shí)施例及其原理進(jìn)行了詳細(xì)的描述，此外，本發(fā)明還提供了根據(jù)上述思想的一種阻變存儲(chǔ)器單元，參考圖8，圖8為阻變存儲(chǔ)器單元的結(jié)構(gòu)示意圖，包括下電極101;下電極101之上的n型第一半導(dǎo)體層102、n型第一半導(dǎo)體層102上的p型第二半導(dǎo)體層103以及p型第二半導(dǎo)體層103上的n型第三半導(dǎo)體層104 ；
n型第三半導(dǎo)體層104上的共用電極105 ；共用電極105上的阻變功能層106 ；阻變功能層106上的上電極107 ；其中，所述下電極101、n型第一半導(dǎo)體層102、p型第二半導(dǎo)體層103、n型第三半導(dǎo)體層104以及共用電極105組成雙態(tài)電阻器11，所述共用電極105、阻變功能層106和上電極107組成阻態(tài)存儲(chǔ)器12，所述雙態(tài)電阻器為具有雙向非對(duì)稱整流特性的選通器件。通過(guò)n型第一半導(dǎo)體層102、p型第二半導(dǎo)體層103、n型第三半導(dǎo)體層104組成n-p-n型雙態(tài)電阻器的雙態(tài)電阻功能層，所述雙態(tài)電阻器具有雙向非對(duì)稱整流特性，為阻變存儲(chǔ)器的選通器件，同其上的阻變存儲(chǔ)器組成阻變存儲(chǔ)單元，實(shí)現(xiàn)阻變存儲(chǔ)，并解決串?dāng)_問(wèn)題。其中，所述n型第一半導(dǎo)體層、p型第二半導(dǎo)體層和n型第三半導(dǎo)體層包括Si、Ge、GaAs、InP 或 SiGe。以下結(jié)合該阻變存儲(chǔ)器單元的制造步驟對(duì)該阻變存儲(chǔ)器單元的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的闡述。在步驟S21，提供襯底。在一個(gè)實(shí)施例中，所述襯底可以為Si02/n-Si，在其他實(shí)施例中，所述襯底還可以包括但不限于其他半導(dǎo)體或化合物半導(dǎo)體，如碳化硅、砷化鎵、砷化銦或磷化銦等。此外，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)公知的設(shè)計(jì)要求(例如P型襯底或者n型襯底)，襯底可以包括各種摻雜配置。在步驟S22，在所述襯底上形成下電極101?？梢圆捎秒娮邮舭l(fā)、化學(xué)氣相沉積、脈沖激光沉積、原子層沉積或磁控濺射或其他合適的方法形成下電極101,所述下電極由至少一種以下材料構(gòu)成金屬材料W、Al、Cu、Au、Ag、Pt、Ru、Ti、Ta、Pb、Co、Mo、Ir、Ni，導(dǎo)電金屬化合物 TiN、TaN、IrO2, ITO、IZO 或者其它的導(dǎo)電電極材料，所述下電極的厚度可以為Inm 500nm。在步驟S23，在所述下電極101上從下到上依次形成n型第一半導(dǎo)體層102、p型第二半導(dǎo)體層103以及n型第三半導(dǎo)體層104。在一個(gè)實(shí)施例中，可以通過(guò)采用化學(xué)氣相沉積、原子層沉積和分子束外延方法或其他合適的方法，在所述下電極上淀積雙態(tài)電阻功能層，而后，經(jīng)過(guò)不同摻雜后形成包括n型第一半導(dǎo)體層102、p型第二半導(dǎo)體層103以及n型第三半導(dǎo)體層104的n-p_n結(jié)構(gòu)，所述雙態(tài)電阻功能層可以為Si、Ge、GaAs, LnP、SiGe或其他合適的材料，雙態(tài)電阻功能層的厚度可以為IOnm 500nm。在另一個(gè)實(shí)施例中，可以通過(guò)淀積第一半導(dǎo)體層102后進(jìn)行摻雜形成n型第一半導(dǎo)體層102，而后，淀積第二半導(dǎo)體層103后進(jìn)行摻雜形成p型第二半導(dǎo)體層103，而后，淀積第三半導(dǎo)體層104后進(jìn)行摻雜形成n型第三半導(dǎo)體層104，從而形成n-p-n結(jié)構(gòu)，所述n型第一半導(dǎo)體層、P型第二半導(dǎo)體層和n型第三半導(dǎo)體層包括Si、Ge、GaAs> InP或SiGe。在步驟S24，在所述n型第三半導(dǎo)體層104上形成共用電極105?？梢酝ㄟ^(guò)采用電子束蒸發(fā)、化學(xué)氣相沉積、脈沖激光沉積、原子層沉積或磁控濺射或其他合適的方法形成共用電極105，共用電極可以由至少一種以下材料構(gòu)成金屬材料W、Al、Cu、Au、Ag、Pt、Ru、Ti、Ta、Pb、Co、Mo、Ir、Ni，導(dǎo)電金屬化合物 TiN、TaN、IrO2, ITO、IZO或者其它的導(dǎo)電電極材料，其厚度可以為Inm 500nm。在步驟S25，在所述共用電極105上形成阻變功能層106?？梢圆捎秒娮邮舭l(fā)、化學(xué)氣相沉積、脈沖激光沉積、原子層沉積、旋涂或磁控濺射其他合適的方法，在所述共用電極上形成阻變功能層，所述阻變功能層可以由至少一種 或至少一種以下材料經(jīng)摻雜改性后形成的材料組成CuS、AgS、AgGeSe, CuIxSy, ZrO2, HfO2,TiO2、SiO2、WOx、NiO、CuOx、ZnO、TaOx、CoO、Y2O3、Si、PCMO、SZO、STO 或有機(jī)材料，其厚度可以為 5nm 500nmo在步驟S26，在所述阻變功能層106上形成上電極107?？梢圆捎秒娮邮舭l(fā)、化學(xué)氣相沉積、脈沖激光沉積、原子層沉積或磁控濺射或其他合適的方法，在所述阻變功能層上形成上電極，所述上電極可以由至少一種以下材料構(gòu)成W、Al、Cu、Au、Ag、Pt、Ru、Ti、Ta、Pb、Co、Mo、Ir、Ni 或 TiN、TaN、IrO2, ITO、IZ0，其厚度可以為Inm 500nm。從而形成了以具有雙向整流特性的雙態(tài)電阻器為選通器件的阻變存儲(chǔ)器單元。此外，本發(fā)明還提供了另一種阻變存儲(chǔ)器單元，參考圖9，包括下電極201;下電極之上的阻變功能層202 ；阻變功能層上的共用電極203 ；共用電極203上的n型第一半導(dǎo)體層204、n型第一半導(dǎo)體層204上的p型第二半導(dǎo)體層205以及p型第二半導(dǎo)體層205上的n型第三半導(dǎo)體層206 ；n型第三半導(dǎo)體層上的上電極207 ；其中，所述下電極201、阻變功能層202和所述中間電極203構(gòu)成阻態(tài)存儲(chǔ)器21，所述中間電極203、n型第一半導(dǎo)體層204、p型第二半導(dǎo)體層205、n型第三半導(dǎo)體層206以及上電極207組成雙態(tài)電阻器22，所述雙態(tài)電阻器為具有雙向非對(duì)稱整流特性的選通器件。其中，所述n型第一半導(dǎo)體層、p型第二半導(dǎo)體層和n型第三半導(dǎo)體層包括Si、Ge、GaAs、InP 或 SiGe0通過(guò)n型第一半導(dǎo)體層204、p型第二半導(dǎo)體層205、n型第三半導(dǎo)體層206組成n-p-n型雙態(tài)電阻器的雙態(tài)電阻功能層，所述雙態(tài)電阻器具有雙向非對(duì)稱整流特性，為阻變存儲(chǔ)器的選通器件，同其下的阻變存儲(chǔ)器組成阻變存儲(chǔ)單元，實(shí)現(xiàn)阻變存儲(chǔ)，并解決串?dāng)_問(wèn)題。其形成步驟包括形成下電極201;
在所述下電極上形成阻變功能層202 ；在所述阻變功能層上形成共用電極203 ；在所述共用電極上從下到上依次形成n型第一半導(dǎo)體層204、p型第二半導(dǎo)體層205、n型第三半導(dǎo)體層206 ；在所述n型第三半導(dǎo)體層上形成上電極207。具體的制備方法及材料選擇可以根據(jù)上述實(shí)施例中的具體步驟，在此不在贅述。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制。雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，然而并非用以限定本發(fā)明。任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。因此， 凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所做的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護(hù)的范圍內(nèi)。此外，本發(fā)明的應(yīng)用范圍不局限于說(shuō)明書中描述的特定實(shí)施例的工藝、機(jī)構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法及步驟。從本發(fā)明的公開(kāi)內(nèi)容，作為本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將容易地理解，對(duì)于目前已存在或者以后即將開(kāi)發(fā)出的工藝、機(jī)構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法或步驟，其中它們執(zhí)行與本發(fā)明描述的對(duì)應(yīng)實(shí)施例大體相同的功能或者獲得大體相同的結(jié)果，依照本發(fā)明可以對(duì)它們進(jìn)行應(yīng)用。因此，本發(fā)明所附權(quán)利要求旨在將這些工藝、機(jī)構(gòu)、制造、物質(zhì)組成、手段、方法或步驟包含在其保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種阻變存儲(chǔ)器單元，其特征在于，包括 阻變存儲(chǔ)器和雙態(tài)電阻器，其中，所述阻變存儲(chǔ)器串接所述雙態(tài)電阻器，所述雙態(tài)電阻器為具有雙向非對(duì)稱整流特性的選通器件。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的阻變存儲(chǔ)器單元，其特征在于，所述阻變存儲(chǔ)器具有單極性阻變特性，所述雙態(tài)電阻器的第一電壓極性下的最大閾值電壓為V1、第二電壓極性下的最大閾值電壓為V3，所述阻變存儲(chǔ)器的設(shè)置電壓為Vs6t、重置電壓為V_6t，其中，Vset > IvJ,Vreset > IV1I, Iv3I > IV1U
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的阻變存儲(chǔ)器單元，其特征在于，所述阻變存儲(chǔ)器具有單極性阻變特性，所述雙態(tài)電阻器的第一電壓極性下的最大閾值電壓為V1、第二電壓極性下的最大閾值電壓為V3，所述阻變存儲(chǔ)器的重置電壓為v_6t，當(dāng)阻變存儲(chǔ)器處于低阻態(tài)時(shí)，對(duì)阻變存儲(chǔ)器單元加讀電壓為v_d，其中，Iv1I < Vread〈 ^reset，I ^read I〈 I ^3 I。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的阻變存儲(chǔ)器單元，其特征在于，所述阻變存儲(chǔ)器具有雙極性阻變特性，所述雙態(tài)電阻器的第一電壓極性下的最大閾值電壓為V1、第二電壓極性下的最大閾值電壓為V3，所述阻變存儲(chǔ)器的設(shè)置電壓為Vs6t、重置電壓為Vres6t，其中，Vs6t > Iv1U
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的阻變存儲(chǔ)器單元，其特征在于，所述阻變存儲(chǔ)器具有雙極性阻變特性，所述雙態(tài)電阻器的第一電壓極性下的最大閾值電壓為V1、第二電壓極性下的最大閾值電壓為V3，所述阻變存儲(chǔ)器的設(shè)置電壓為VS6t，當(dāng)阻變存儲(chǔ)器處于低阻態(tài)時(shí)，對(duì)阻變存儲(chǔ)器單元加讀電壓為v_d，其中，Iv1I < Vread〈 ^set，I ^read I〈 I ^3 I。
6.一種阻變存儲(chǔ)器單元，其特征在于，包括 下電極； 下電極上的n型第一半導(dǎo)體層、n型第一半導(dǎo)體層上的p型第二半導(dǎo)體層以及p型第二半導(dǎo)體層上的n型第三半導(dǎo)體層；n型第三半導(dǎo)體層上的共用電極； 共用電極上的阻變功能層； 阻變功能層上的上電極； 其中，所述下電極、n型第一半導(dǎo)體層、p型第二半導(dǎo)體層、n型第三半導(dǎo)體層以及中間電極組成雙態(tài)電阻器，所述中間電極、阻變功能層和上電極組成阻態(tài)存儲(chǔ)器，所述雙態(tài)電阻器為具有雙向非對(duì)稱整流特性的選通器件。
7.根據(jù)權(quán)利要求6中所述的阻變存儲(chǔ)器單元，其特征在于，所述n型第一半導(dǎo)體層、p型第二半導(dǎo)體層和n型第三半導(dǎo)體層包括Si、Ge、GaAs, InP或SiGe。
8.一種阻變存儲(chǔ)器單元，其特征在于，包括 下電極； 下電極之上的阻變功能層； 阻變功能層上的共用電極； 共用電極上的n型第一半導(dǎo)體層、n型第一半導(dǎo)體層上的p型第二半導(dǎo)體層以及p型第二半導(dǎo)體層上的n型第三半導(dǎo)體層；n型第三半導(dǎo)體層上的上電極； 其中，所述下電極、n型第一半導(dǎo)體層、p型第二半導(dǎo)體層、n型第三半導(dǎo)體層以及中間電極組成雙態(tài)電阻器，所述中間電極、阻變功能層和上電極組成阻態(tài)存儲(chǔ)器，所述雙態(tài)電阻器為具有雙向非對(duì)稱整流特性的選通器件。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的阻變存儲(chǔ)器單元，其特征在于，所述n型第一半導(dǎo)體層、p型第二半導(dǎo)體層和n型第三半導(dǎo)體層包括Si、Ge、GaAs, InP或SiGe。
全文摘要
一種阻變存儲(chǔ)器單元，該阻變存儲(chǔ)器單元包括阻變存儲(chǔ)器和雙態(tài)電阻器，其中，所述阻變存儲(chǔ)器串接所述雙態(tài)電阻器，所述雙態(tài)電阻器為具有雙向非對(duì)稱整流特性的選通器件。通過(guò)以雙態(tài)電阻器為選通器件，由于雙態(tài)電阻器具有雙向非對(duì)稱整流特性，可以在正反兩個(gè)電壓極性下提供足夠的電流，同時(shí)，既可以作為單極性阻變存儲(chǔ)器的選通器件，也可以作為雙極性阻變存儲(chǔ)器的選通器件，從而解決雙極性和單極性阻變存儲(chǔ)器的串?dāng)_問(wèn)題。
文檔編號(hào)G11C11/56GK102750979SQ20111010103
公開(kāi)日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2011年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月21日
發(fā)明者劉明, 劉琦, 呂杭炳, 謝常青, 龍世兵 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院微電子研究所