專(zhuān)利名稱(chēng)：非易失性存儲(chǔ)元件和包括其的存儲(chǔ)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開(kāi)涉及非易失性存儲(chǔ)元件和包括其的存儲(chǔ)裝置。
背景技術(shù)：
非易失性存儲(chǔ)裝置的示例包括電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RRAM)、磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 (MRAM)、鐵電隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(FRAM)和相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(PRAM)。RRAM裝置基于材料 (例如過(guò)渡金屬氧化物)的電阻變化來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。當(dāng)施加到電阻變化材料的電壓大于或等于設(shè)定電壓時(shí)，電阻變化材料的電阻可從高電阻狀態(tài)變?yōu)榈碗娮锠顟B(tài)。另一方面，當(dāng)施加到電阻變化材料的電壓大于或等于復(fù)位電壓時(shí)，電阻變化材料的電阻可切換回高電阻狀態(tài)。 電阻變化材料的高電阻狀態(tài)通常被認(rèn)為是OFF狀態(tài)，低電阻狀態(tài)被認(rèn)為是ON狀態(tài)。一般來(lái)說(shuō)，電阻式存儲(chǔ)裝置包括存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)和開(kāi)關(guān)器件，存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)具有電阻變化材料層，開(kāi)關(guān)器件電連接到存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)。開(kāi)關(guān)器件控制對(duì)存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)的信號(hào)存取。

發(fā)明內(nèi)容
示例實(shí)施例涉及使用電阻變化的非易失性存儲(chǔ)元件。示例實(shí)施例還涉及包括所述非易失性存儲(chǔ)元件的存儲(chǔ)裝置。另外的方面將部分地在下面的描述中進(jìn)行闡述，部分地，從描述來(lái)看將是明顯的， 或者可通過(guò)這里提出的非限制性實(shí)施例的實(shí)施而了解。根據(jù)示例實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)元件可包括第一電極；第二電極；存儲(chǔ)層，設(shè)置在第一電極和第二電極之間，其中，存儲(chǔ)層可包括供氧層和氧化物層，氧化物層可具有多重陷阱能級(jí)(多個(gè)陷阱能級(jí))，存儲(chǔ)層可具有電阻變化特性。供氧層可包括Ta氧化物、Zr氧化物、氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)、Ti氧化物、Hf氧化物、Mn氧化物、Mg氧化物和它們的組合中的至少一種。供氧層可包括TaOx,其中，χ < 2. 5。氧化物層可包括具有多個(gè)氧化態(tài)的氧化物。所述氧化物可包括rLr氧化物、Mn氧化物、Fe氧化物、Mo氧化物、Nb氧化物、W氧化物、Ln氧化物中的至少一種。所述氧化物可以是τχ氧化物。供氧層可包括Ta氧化物?？捎肶、Sc、Ca和La中的至少一種來(lái)?yè)诫s氧化物層。氧化物層可具有范圍從大約5nm至大約30nm的厚度。氧化物層可以是材料層，所述材料層中的氧濃度可沿厚度方向逐漸地或區(qū)域性地改變。
氧化物層的氧濃度可朝第二電極增大。非易失性存儲(chǔ)元件還可包括設(shè)置在第一電極和存儲(chǔ)層之間的反應(yīng)抑制層。反應(yīng)抑制層可包括A10x、SiOx, SiNx, ZrOx, HfOx和它們的組合中的至少一種。第一電極和第二電極中的至少一個(gè)可由非貴金屬形成。第一電極和第二電極中的至少一個(gè)可包括Ru、Ni、W、Al、TiN和它們的組合中的至少一種。第一電極和第二電極中的至少一個(gè)可包括Pt、Ir、Pd、Au、Ru、Ti、Ta、TiN、TiW、TaN、 W、Ni、Al、導(dǎo)電氧化物和它們的組合中的至少一種。存儲(chǔ)層的電阻變化特性可由離子物種在供氧層和氧化物層之間的移動(dòng)而產(chǎn)生。離子物種可為氧離子。根據(jù)示例實(shí)施例的存儲(chǔ)裝置可包括上述非易失性存儲(chǔ)元件。所述存儲(chǔ)裝置還可包括開(kāi)關(guān)元件，開(kāi)關(guān)元件連接到所述非易失性存儲(chǔ)元件。根據(jù)示例實(shí)施例的交叉點(diǎn)存儲(chǔ)裝置可包括多條第一導(dǎo)線(xiàn)，彼此平行地布置；多條第二導(dǎo)線(xiàn)，彼此平行地布置，并與多條第一導(dǎo)線(xiàn)交叉以形成多個(gè)交叉點(diǎn)；多個(gè)第一存儲(chǔ)單元，多個(gè)第一存儲(chǔ)單元中的每個(gè)設(shè)置在多條第一導(dǎo)線(xiàn)中的一條和多條第二導(dǎo)線(xiàn)中的一條之間的相應(yīng)的交叉點(diǎn)處，其中，多個(gè)第一存儲(chǔ)單元中的每個(gè)包括第一存儲(chǔ)層，其中，第一存儲(chǔ)層包括供氧層和氧化物層，其中，氧化物層具有多重陷阱能級(jí)(多個(gè)陷阱能級(jí))，其中，第一存儲(chǔ)層具有電阻變化特性。供氧層可包括Ta氧化物、Zr氧化物、氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)、Ti氧化物、Hf氧化物、Mn氧化物、Mg氧化物和它們的組合中的至少一種。供氧層可包括TaOx,其中，χ < 2. 5。氧化物層可包括具有多個(gè)氧化態(tài)的氧化物。所述氧化物可包括rLr氧化物、Mn氧化物、Fe氧化物、Mo氧化物、Nb氧化物、W氧化物、Ln氧化物和它們的組合中的至少一種。所述氧化物可以是&氧化物。供氧層可包括Ta氧化物?？捎肶、Sc、Ca和La中的至少一種來(lái)?yè)诫s氧化物層。氧化物層可具有范圍為大約5nm至大約30nm的厚度。氧化物層可以是材料層，所述材料層中的氧濃度可沿厚度方向逐漸地或區(qū)域性地改變。氧化物層的氧濃度可朝第二導(dǎo)線(xiàn)增大。第一存儲(chǔ)單元還可包括連接到第一存儲(chǔ)層的第一開(kāi)關(guān)元件。第一存儲(chǔ)單元還可包括設(shè)置在第一存儲(chǔ)層和第一開(kāi)關(guān)元件之間的第一中間電極。交叉點(diǎn)存儲(chǔ)裝置還可包括設(shè)置在第一導(dǎo)線(xiàn)和第一存儲(chǔ)層之間的反應(yīng)抑制層。第一存儲(chǔ)層的電阻變化特性可由離子物種在供氧層和氧化物層之間的移動(dòng)而產(chǎn)生。離子物種可為氧離子。所述交叉點(diǎn)存儲(chǔ)裝置還可包括設(shè)置在多條第二導(dǎo)線(xiàn)上方的多個(gè)第二存儲(chǔ)單元和多條第三導(dǎo)線(xiàn)，其中，可布置多條第三導(dǎo)線(xiàn)，以與多條第二導(dǎo)線(xiàn)交叉并與多條第二導(dǎo)線(xiàn)形成多個(gè)交叉點(diǎn)，其中，多個(gè)第二存儲(chǔ)單元中的每個(gè)可設(shè)置在多條第二導(dǎo)線(xiàn)中的一條和多條第三導(dǎo)線(xiàn)中的一條之間的相應(yīng)的交叉點(diǎn)處。多個(gè)第二存儲(chǔ)單元中的每個(gè)可包括具有電阻變化特性的第二存儲(chǔ)層，所述電阻變化特性由離子物種在兩個(gè)材料層之間的移動(dòng)而產(chǎn)生。第二存儲(chǔ)層可具有與第一存儲(chǔ)層相反的結(jié)構(gòu)或與第一存儲(chǔ)層的結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)。第二存儲(chǔ)單元還可包括連接到第二存儲(chǔ)層的第二開(kāi)關(guān)元件。第二存儲(chǔ)單元還可包括設(shè)置在第二存儲(chǔ)層和第二開(kāi)關(guān)元件之間的第二中間電極。第二存儲(chǔ)單元可具有與第一存儲(chǔ)單元相反的結(jié)構(gòu)或與第一存儲(chǔ)單元的結(jié)構(gòu)相同的結(jié)構(gòu)。


當(dāng)結(jié)合附圖對(duì)下面的非限制性實(shí)施例進(jìn)行描述時(shí)，本發(fā)明的前述和/或其他方面、目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更明顯且容易理解，附圖中圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)元件的剖視圖；圖2A和圖2B是圖1中的非易失性存儲(chǔ)元件的第二材料層的不同構(gòu)造的剖視圖；圖3A和圖;3B是示出了圖1中的非易失性存儲(chǔ)元件的操作機(jī)理的剖視圖；圖4是示出了根據(jù)具有W/Al203/Ta0xAr0x/Ru結(jié)構(gòu)的非限制性示例實(shí)施例，ON和 OFF電流根據(jù)開(kāi)關(guān)操作的次數(shù)的變化的曲線(xiàn)圖；圖5是示出了在圖4的具有W/Al203/Ta0x/&0x/Ru結(jié)構(gòu)的非限制性示例實(shí)施例中， 在不同開(kāi)關(guān)條件下，ON電流和OFF電流根據(jù)開(kāi)關(guān)操作的次數(shù)的變化的曲線(xiàn)圖；圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施例的包括圖1中的非易失性存儲(chǔ)元件的存儲(chǔ)裝置的透視圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將參照示出了不同的非限制性實(shí)施例的附圖來(lái)更充分地描述多種示例實(shí)施例。應(yīng)該理解的是，當(dāng)元件被稱(chēng)作“連接”或“結(jié)合”到另一元件時(shí)，該元件可以直接連接或結(jié)合到該另一元件，或者可以存在中間元件。相反，當(dāng)元件被稱(chēng)作“直接連接”或“直接結(jié)合”到另一元件時(shí)，不存在中間元件。如在這里使用的，術(shù)語(yǔ)“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)所列的項(xiàng)目的任意組合和所有組合。應(yīng)該理解的是，盡管在這里可使用術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”等來(lái)描述各個(gè)元件、組件、 區(qū)域、層和/或部分，但是這些元件、組件、區(qū)域、層和/或部分并不受這些術(shù)語(yǔ)的限制。這些術(shù)語(yǔ)僅是用來(lái)將一個(gè)元件、組件、區(qū)域、層或部分與另一個(gè)元件、組件、區(qū)域、層或部分區(qū)分開(kāi)來(lái)。因此，在不脫離示例實(shí)施例的教導(dǎo)的情況下，下面討論的第一元件、組件、區(qū)域、層或部分可被命名為第二元件、組件、區(qū)域、層或部分。為了便于描述，在這里可使用空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)，如“在...之下”、“在...下方”、“下面的”、“在...上方”、“上面的”等，用來(lái)描述如圖中所示的一個(gè)元件或特征與其他元件或特征的關(guān)系。應(yīng)該理解的是，空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)意在包含除了在附圖中描述的方位之外的裝置在使用或操作中的不同方位。例如，如果在附圖中裝置被翻轉(zhuǎn)，則描述為“在”其他元件或特征“下方”或“之下”的元件隨后將被定位為“在”其他元件或特征“上方”。因此，術(shù)語(yǔ) “在...下方”可包括“在...上方”和“在...下方”兩種方位。所述裝置可被另外定位 (旋轉(zhuǎn)90度或者在其他方位)，并相應(yīng)地解釋這里使用的空間相對(duì)描述語(yǔ)。這里使用的術(shù)語(yǔ)僅為了描述具體實(shí)施例的目的，而不意圖限制示例實(shí)施例。如這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式。還將理解的是，當(dāng)在本說(shuō)明書(shū)中使用術(shù)語(yǔ)“包含”和/或“包括”時(shí)，說(shuō)明存在所述特征、整體、步驟、操作、元件和/或組件，但不排除存在或附加一個(gè)或多個(gè)其他特征、整體、步驟、操作、元件、組件和/或它們的組。在此參照作為示例實(shí)施例的理想實(shí)施例(和中間結(jié)構(gòu))的示意性圖示的剖視圖來(lái)描述示例實(shí)施例。這樣，預(yù)計(jì)會(huì)出現(xiàn)例如由制造技術(shù)和/或公差引起的圖示的形狀變化。因此，示例實(shí)施例不應(yīng)該被解釋為局限于在此示出的區(qū)域的具體形狀，而應(yīng)該包括例如由制造導(dǎo)致的形狀上的偏差。例如，示出為矩形的注入?yún)^(qū)域在其邊緣通常將具有倒圓的或彎曲的特征和/或注入濃度的梯度，而不是從注入?yún)^(qū)域到非注入?yún)^(qū)域的二元變化。同樣地，通過(guò)注入形成的掩埋區(qū)域可導(dǎo)致在掩埋區(qū)域和通過(guò)其發(fā)生注入的表面之間的區(qū)域中出現(xiàn)一定程度的注入。因此，在圖中示出的區(qū)域本質(zhì)上是示意性的，它們的形狀并不意圖示出裝置的區(qū)域的實(shí)際形狀，并且不意圖限制示例實(shí)施例的范圍。除非另有定義，否則這里使用的所有術(shù)語(yǔ)(包括技術(shù)術(shù)語(yǔ)和科學(xué)術(shù)語(yǔ))具有與示例實(shí)施例所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所通常理解的意思相同的意思。應(yīng)該進(jìn)一步理解的是， 除非這里如此明確定義，否則術(shù)語(yǔ)例如在通用的字典中定義的術(shù)語(yǔ)應(yīng)該被解釋為具有與相關(guān)領(lǐng)域的上下文中它們的意思相一致的意思，而不是以理想的或者過(guò)于形式化的方式來(lái)解釋它們的意思。在附圖中，為了清晰起見(jiàn)，可以夸大層和區(qū)域的厚度。在對(duì)附圖的整個(gè)描述中，附圖中相同的標(biāo)號(hào)表示相同的元件。圖1是示出了根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)元件MEl的剖視圖。參照?qǐng)D1，非易失性存儲(chǔ)元件(在下文中稱(chēng)作存儲(chǔ)元件)MEl可以包括第一電極 El、第二電極E2及存儲(chǔ)層Ml。存儲(chǔ)層Ml可包括設(shè)置在第一電極El和第二電極E2之間的多層結(jié)構(gòu)。例如，存儲(chǔ)層Ml可以形成為具有包括第一材料層10和第二材料層20的雙層結(jié)構(gòu)。存儲(chǔ)層Ml可以具有因第一材料層10和第二材料層20之間離子物種(ionic species) 的移動(dòng)而引起的電阻變化特性。第一材料層10可由第一金屬氧化物形成，第二材料層20 可由第二金屬氧化物形成。在第二材料層20中，沿通過(guò)沉積工藝生長(zhǎng)第二材料層20的厚度方向，氧濃度可逐漸地或區(qū)域性地改變。還可以在存儲(chǔ)層Ml和第一電極El之間包括反應(yīng)抑制層Bi。換句話(huà)說(shuō)，可在第一材料層10和第一電極El之間設(shè)置反應(yīng)抑制層Bi。在下文中，將更詳細(xì)地描述根據(jù)示例實(shí)施例的存儲(chǔ)元件MEl。存儲(chǔ)層Ml的第一材料層10可以由第一金屬氧化物形成。第一材料層10用作相對(duì)于第二材料層20的供氧層。例如，第一材料層10可以由Ta氧化物、& 氧化物、氧化釔穩(wěn)定氧化鋯(YSZ)、Ti氧化物、Hf氧化物、Mn氧化物、Mg氧化物和它們的組合中的一種形成。 作為示例，第一材料層10可包括TaOx，其中χ可小于大約2. 5。氧離子和/或氧空位可以存在于第一材料層10中。第一材料層10的厚度可以在大約幾納米(nm)至大約幾百納米的范圍內(nèi)。作為示例，第一材料層10的厚度可以是幾十nm。
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第二材料層20可以與第一材料層10交換氧離子和/或氧空位，并且可以誘發(fā)存儲(chǔ)層Ml的電阻變化。關(guān)于這點(diǎn)，第二材料層20可以稱(chēng)作氧交換層。第二材料層20可以是具有多重陷阱能級(jí)(即，多個(gè)陷阱能級(jí))的氧化物層。電子的俘獲和釋放現(xiàn)象通常被認(rèn)為是影響第二材料層20在高電阻狀態(tài)下的電阻值的因素之一。影響第二材料層20的高電阻狀態(tài)的因素可包括第二材料層20的厚度、陷阱的位置及氧化物的陷阱能級(jí)。當(dāng)氧化物具有多個(gè)陷阱能級(jí)時(shí)，可通過(guò)存在于氧化物內(nèi)的氧空位及通過(guò)填隙氧來(lái)形成作為多重陷阱能級(jí)的淺陷阱和深陷阱，因此第二材料層20在高電阻狀態(tài)下的電阻可增大。例如，隨著與淺陷阱的數(shù)量相比深陷阱的數(shù)量增多，第二材料層20在高電阻狀態(tài)下的電阻值可增大。具有多重陷阱能級(jí)的氧化物可以是包括多個(gè)氧化態(tài)的氧化物。例如，具有多重陷阱能級(jí)的氧化物可以包括具有多個(gè)氧化態(tài)的rLx氧化物、Mn氧化物、Fe氧化物、Mo氧化物、Nb氧化物、W氧化物、Ln氧化物和它們的組合中的一種。由具有多重陷阱能級(jí)的氧化物形成的第二材料層 20的厚度可以在大約5nm至大約30nm的范圍內(nèi)。根據(jù)示例實(shí)施例，沿通過(guò)沉積工藝生長(zhǎng)第二材料層20的厚度方向，在第二材料層 20中氧濃度可逐漸地或區(qū)域性地改變。作為示例，當(dāng)?shù)诙牧蠈?0中的氧濃度逐漸改變時(shí)，第二材料層20中的氧濃度可朝第二電極E2增大。例如，當(dāng)?shù)诙牧蠈?0是^ 氧化物層時(shí)，在第二材料層20與第一材料層10交界的部分處的0和ττ之間的比可以在從大約1 至大約1. 5的范圍內(nèi)，在第二材料層20與第二電極Ε2交界的部分處的0和ττ之間的比可以為大約2。這是在圖2Α中示出的情況。根據(jù)示例實(shí)施例，如圖2Β中所示，第二材料層20中的氧濃度可區(qū)域性地改變。當(dāng)?shù)诙牧蠈?0中的氧濃度區(qū)域性地改變時(shí)，第二材料層20可包括與第一材料層10交界的第一區(qū)域(下部)和與第二電極Ε2交界的第二區(qū)域(上部)。在第一區(qū)域和第二區(qū)域之間，第二區(qū)域的氧濃度可大于第一區(qū)域的氧濃度。例如，在與第一材料層10相鄰的第一區(qū)域中0和ττ之間的比可以在從大約1到大約1. 5的范圍內(nèi)，在與第二電極Ε2相鄰的第二區(qū)域中0和& 之間的比可以為大約2。這是在圖2Β中示出的情況。在這種情況下，第二材料層20的與第二電極Ε2相鄰的部分可以具有化學(xué)計(jì)量組成或與化學(xué)計(jì)量組成相近的組成。另一方面，第二材料層20的與第一材料層10相鄰的部分可具有非化學(xué)計(jì)量組成。與第二材料層20的與第二電極Ε2相鄰的部分相比，第二材料層20的與第一材料層10相鄰的部分對(duì)存儲(chǔ)層Ml的電阻變化可具有更大的影響。 利用沿著厚度方向(該厚度方向是通過(guò)沉積工藝生長(zhǎng)第二材料層20所沿的方向) 第二材料層20的氧濃度變化，可改善存儲(chǔ)元件MEl的電阻變化特性。例如，與第二電極Ε2 交界并具有化學(xué)計(jì)量組成或與化學(xué)計(jì)量組成相近的組成的第二材料層20的上部可增大存儲(chǔ)元件MEl的ON電阻和OFF電阻之間的比。因?yàn)榈诙牧蠈?0的上部與其余區(qū)域相比具有相對(duì)高的電阻，并且還將第二電極E2與第二材料層20的下部分開(kāi)，所以可以增大0N/0FF 電阻比，其中，第二材料層20的下部利用離子物種的交換而促成電阻變化特性。因此，可減小OFF電流水平，因此可增大0N/0FF電阻比。 第二材料層20的氧濃度變化還可改善存儲(chǔ)元件MEl的可靠性、再現(xiàn)性、均一性及穩(wěn)定性。與第二電極E2交界并具有化學(xué)計(jì)量組成或與化學(xué)計(jì)量組成相近的組成的第二材料層20的上部可防止或抑制第二材料層20的其余區(qū)域與第二電極E2發(fā)生物理/化學(xué)反應(yīng)，其中，第二材料層20的其余區(qū)域?qū)嵸|(zhì)上促成電阻變化特性。在第一材料層10和第二材料層20之間交換離子物種的設(shè)定(或復(fù)位)操作期間，第二材料層20的氧離子和/或氧空位會(huì)移動(dòng)到第二電極E2，然后與第二電極E2發(fā)生物理/化學(xué)反應(yīng)，或者第二材料層20自身會(huì)與第二電極E2發(fā)生物理/化學(xué)反應(yīng)。因此，存儲(chǔ)元件MEl的電阻變化特性的可靠性、 再現(xiàn)性、均一性和/或穩(wěn)定性會(huì)劣化。然而，如果如上所述第二材料層20的氧濃度沿第二材料層20的厚度方向改變，則具有相對(duì)高的氧濃度并具有化學(xué)計(jì)量組成(或與化學(xué)計(jì)量組成相近的組成)的區(qū)域形成在第二材料層20的與第二電極E2交界的部分中。具有相對(duì)高的氧濃度的區(qū)域用作緩沖件以防止或抑制實(shí)質(zhì)上促成電阻變化特性的其余區(qū)域與第二電極E2發(fā)生物理/化學(xué)反應(yīng)。由于第二材料層20的具有相對(duì)高的氧濃度的區(qū)域具有化學(xué)計(jì)量組成或與化學(xué)計(jì)量組成相近的組成，因此基于原子間鍵能，所述區(qū)域可比其余區(qū)域更穩(wěn)定。因此，第二材料層20中的具有相對(duì)高的氧濃度的區(qū)域可增大第二材料層20的其余區(qū)域與第二電極E2之間的勢(shì)壘。換句話(huà)說(shuō)，可抑制第二材料層20的下部與第二電極E2之間過(guò)度的電流流動(dòng)或離子物種的移動(dòng)。第二材料層20中的具有相對(duì)高的氧濃度的區(qū)域可具有合適的組成和厚度，以用作緩沖件，同時(shí)仍允許電流流動(dòng)。例如，第二材料層20中具有相對(duì)高的氧濃度的區(qū)域的厚度可小于大約20nm。此外，第二材料層20的其余區(qū)域(即，實(shí)質(zhì)上促成電阻變化特性的區(qū)域)可具有小于大約IOnm的厚度。第二材料層20的整個(gè)厚度可在大約5nm至大約30nm的范圍內(nèi)。根據(jù)示例實(shí)施例，第二材料層20可由用諸如Y、Sc、Ca或La的金屬元素?fù)诫s的& 氧化物層形成。用金屬元素?fù)诫s可控制第二材料層20中氧離子或氧空位的量，還可改變第二材料層20中的電荷遷移率。對(duì)于整個(gè)第二材料層20來(lái)說(shuō)，金屬元素的摻雜濃度可以是均勻的，或者可以不是均勻的。根據(jù)示例實(shí)施例，反應(yīng)抑制層Bl可以形成在第一電極El和第一材料層10之間。 反應(yīng)抑制層Bl抑制第一電極El與第一材料層10之間的物理/化學(xué)反應(yīng)，因此可改善存儲(chǔ)層Ml的電阻變化特性的可靠性、再現(xiàn)性、均一性和/或穩(wěn)定性。反應(yīng)抑制層Bl可包括原子間鍵能大于第一材料層10的原子間鍵能的材料。例如，當(dāng)?shù)谝徊牧蠈?0由Ta氧化物形成時(shí)，反應(yīng)抑制層Bl中的原子間鍵能可大于Ta-O鍵的原子間鍵能。換句話(huà)說(shuō)，在原子間鍵能方面，反應(yīng)抑制層Bl可由比存儲(chǔ)層Ml的材料更穩(wěn)定的材料形成。反應(yīng)抑制層Bl還可包括可增大第一電極El和第一材料層10之間的勢(shì)壘的材料。換句話(huà)說(shuō)，反應(yīng)抑制層Bl和第一電極El之間的導(dǎo)帶偏移(offset)可以大于第一材料層10和第一電極El之間的導(dǎo)帶偏移。 這意味著，反應(yīng)抑制層Bl可以由抑制過(guò)多的電流在第一電極El和第一材料層10之間流動(dòng)的材料形成。類(lèi)似地，反應(yīng)抑制層Bl可包括具有大于第一材料層10的電阻率的電阻率的材料。根據(jù)示例實(shí)施例，反應(yīng)抑制層Bl可以包括氧化鋁(AlOx)、氧化硅(SiOx)、氮化硅 (SiNx)、氧化鋯(ZrOx)、氧化鉿(HfOx)和它們的組合中的至少一種。反應(yīng)抑制層Bl可以具有化學(xué)計(jì)量組成，或者可以不具有化學(xué)計(jì)量組成。反應(yīng)抑制層Bl可以具有合適的組成和厚度，以允許電流流動(dòng)，同時(shí)用作緩沖件。作為示例，反應(yīng)抑制層Bl的厚度可以小于大約 lOnm。當(dāng)反應(yīng)抑制層Bl具有化學(xué)計(jì)量組成時(shí)，反應(yīng)抑制層Bl的厚度可以小于大約5nm。如果反應(yīng)抑制層Bl過(guò)厚，則反應(yīng)抑制層Bl的絕緣特性會(huì)增大。因此，如上所述，反應(yīng)抑制層 Bl的合適厚度可以小于大約lOnm。
根據(jù)示例實(shí)施例，第一電極El和第二電極E2可以由非貴金屬(例如，Ti、Ta、TiN、 TiW、TaN、W、Ni和Al)、相對(duì)低價(jià)的貴金屬(例如，Ru)或它們的合金形成。此外，第一電極 El和第二電極E2還可由導(dǎo)電氧化物形成。所述導(dǎo)電氧化物可以是SiO基氧化物(例如，氧化銦鋅(IZO))或SnO基氧化物(例如，氧化銦錫(ITO))。根據(jù)示例實(shí)施例，由于使用反應(yīng)抑制層Bl且沿厚度方向第二材料層20的氧濃度改變，因此可以獲得穩(wěn)定的存儲(chǔ)特性，而無(wú)需采用由相對(duì)高價(jià)的貴金屬形成的第一電極El和第二電極E2。反之，如果第二材料層20 中沿厚度方向沒(méi)有氧濃度的變化，且沒(méi)有形成反應(yīng)抑制層Bi，則為了獲得期望水平的存儲(chǔ)特性，第一電極El和第二電極E2應(yīng)由具有相對(duì)低的反應(yīng)性的貴金屬(其可能相對(duì)昂貴) 形成。這樣，電極使用貴金屬會(huì)增加存儲(chǔ)裝置的制造成本。然而，即使由貴金屬形成第一電極El和第二電極E2，獲得電阻變化特性的再現(xiàn)性/穩(wěn)定性仍會(huì)是比較困難的。根據(jù)示例實(shí)施例，當(dāng)在第二材料層20中沿厚度方向存在氧濃度變化且使用反應(yīng)抑制層Bl時(shí)，可由相對(duì)低價(jià)的材料形成第一電極El和第二電極E2，同時(shí)相對(duì)容易地獲得存儲(chǔ)特性的再現(xiàn)性/穩(wěn)定性。應(yīng)該理解，根據(jù)示例實(shí)施例，不排除貴金屬作為用于形成第一電極El和第二電極E2的材料。而是，當(dāng)需要時(shí)，第一電極El和第二電極E2可以由貴金屬(例如，Pt、Ir、Pd或Au) 形成。因此，第一電極El和第二電極E2可以包括？仏11~、？(^11、1 11、11、1^、1^111、131 W、Ni、Al、導(dǎo)電氧化物和它們的組合中的一種。此外，第一電極El和第二電極E2可以由通常在半導(dǎo)體裝置中使用的各種電極材料形成。在下文中，將參照?qǐng)D3A和圖;3B來(lái)詳細(xì)地描述存儲(chǔ)元件MEl的電阻變化機(jī)理。如圖3A所示，在設(shè)定操作期間，向第一電極El施加正電壓并且向第二電極E2施加負(fù)電壓。結(jié)果，氧空位可以從第一材料層10移動(dòng)到第二材料層20，因此可以在第二材料層20中形成電流通路(未示出)。因此，存儲(chǔ)層Ml的電阻可以減小，存儲(chǔ)層Ml可從OFF狀態(tài)變?yōu)镺N狀態(tài)。在此設(shè)定操作中，氧離子可以沿與氧空位的移動(dòng)方向相反的方向移動(dòng)，即， 氧離子可以從第二材料層20移動(dòng)到第一材料層10。如圖:3B所示，在復(fù)位操作期間，向第一電極El施加負(fù)電壓并且向第二電極E2施加正電壓。結(jié)果，氧空位可從第二材料層20移動(dòng)到第一材料層10，而氧離子可從第一材料層10移動(dòng)到第二材料層20。因此，在第二材料層20中形成的電流通路(未示出)可斷開(kāi)。 因此，存儲(chǔ)層Ml的電阻可以增大，因而存儲(chǔ)層Ml可從ON狀態(tài)變?yōu)镺FF狀態(tài)。如前所述，具有較高氧濃度的第二材料層20的上部/區(qū)域及反應(yīng)抑制層Bl可以用于改善在設(shè)定/復(fù)位操作過(guò)程中電阻變化特性的穩(wěn)定性、可靠性和再現(xiàn)性。在沒(méi)有第二材料層20中的具有較高氧濃度的區(qū)域及反應(yīng)抑制層Bl的情況下，在設(shè)定/復(fù)位操作過(guò)程中，與電阻變化相關(guān)的氧離子和/或氧空位會(huì)朝第一電極El和第二電極E2移動(dòng)。氧離子和 /或氧空位會(huì)與第一電極El和第二電極E2發(fā)生物理/化學(xué)反應(yīng)，或者存儲(chǔ)層Ml自身會(huì)與第一電極El和第二電極E2發(fā)生物理/化學(xué)反應(yīng)。因此，存儲(chǔ)元件MEl的電阻變化特性的穩(wěn)定性、可靠性和再現(xiàn)性會(huì)劣化。例如，會(huì)發(fā)生擊穿現(xiàn)象，在擊穿現(xiàn)象中，在第一電極El和第二電極E2之間流動(dòng)的電流的量會(huì)迅速增大。此外，會(huì)在存儲(chǔ)層Ml和第一電極El之間的界面及存儲(chǔ)層Ml和第二電極E2之間的界面通過(guò)它們之間的反應(yīng)形成不期望的材料層，這會(huì)進(jìn)一步劣化電阻變化特性。當(dāng)?shù)谝浑姌OEl和第二電極E2由低價(jià)非貴金屬形成時(shí)，上述問(wèn)題會(huì)更為嚴(yán)重。此外，不斷的0N/0FF開(kāi)關(guān)操作會(huì)增加上述問(wèn)題的可能性。例如，當(dāng)TaOx 層用作電阻變化材料時(shí)，電阻變化特性會(huì)根據(jù)TaOx層的形成方法、沉積條件和氧含量而明顯改變。因此，僅僅基于材料，獲得電阻變化特性的再現(xiàn)性和穩(wěn)定性是比較困難的。然而， 如在這里在示例實(shí)施例中所描述的，當(dāng)在第一電極El和存儲(chǔ)層Ml之間形成反應(yīng)抑制層Bl 并在第二材料層20的上部中形成較高氧濃度的區(qū)域時(shí)，可獲得電阻變化特性的再現(xiàn)性和穩(wěn)定性，同時(shí)防止前述問(wèn)題。當(dāng)在第二材料層20的上部中形成較高氧濃度的區(qū)域且包括反應(yīng)抑制層Bl時(shí)，第一電極El和第二電極E2可以由貴金屬、非貴金屬和/或?qū)щ娧趸镄纬?。在第二材料?20的上部中沒(méi)有較高氧濃度的區(qū)域且不包括反應(yīng)抑制層Bl的情況下，用具有相對(duì)高的反應(yīng)性的導(dǎo)電氧化物或者非貴金屬形成第一電極El和第二電極E2會(huì)比較困難。因此，第一電極El和第二電極E2使用貴金屬會(huì)增加裝置的制造成本并會(huì)對(duì)制造工藝設(shè)置各種限制。 然而，根據(jù)示例實(shí)施例，可以相對(duì)容易地不僅可由貴金屬而且可由非貴金屬和/或?qū)щ娧趸飦?lái)形成第一電極El和第二電極E2。因此，可以降低制造成本，并且還可在制造工藝方面具有各種優(yōu)點(diǎn)。圖4是示出了根據(jù)示例實(shí)施例，ON和OFF電流根據(jù)開(kāi)關(guān)操作的次數(shù)的變化的曲線(xiàn)圖。圖4是由具有W/Al203/Ta0xAr0x/Ru結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)元件獲得的。存儲(chǔ)元件具有圖1中示出的結(jié)構(gòu)，因此包括第一電極E1、反應(yīng)抑制層Bi、第一材料層10、第二材料層20和第二電極 E2，它們分別由W、Al2O3、TaOx, ZrOx和Ru形成。在由ZrOx形成的第二材料層20中，氧濃度沿厚度方向改變，其中，在沉積工藝過(guò)程中第二材料層20沿所述厚度方向生長(zhǎng)。在圖4中， 第一曲線(xiàn)Gl表示ON電流的變化，而第二曲線(xiàn)G2表示OFF電流的變化。參照?qǐng)D4，在重復(fù)0N/0FF開(kāi)關(guān)操作超過(guò)IO6次之后，電阻變化特性相對(duì)穩(wěn)定。具體地，ON電流和OFF電流之間的差為大約4到5個(gè)數(shù)量級(jí)(即大約IO4到IO5)之大。圖5是示出了在圖4的具有W/Al203/Ta0x/&0x/Ru結(jié)構(gòu)的非限制性示例實(shí)施例中， 在不同開(kāi)關(guān)條件下，ON電流和OFF電流根據(jù)開(kāi)關(guān)操作的次數(shù)的變化的曲線(xiàn)圖。在不同的施加時(shí)間(即，脈沖寬度)期間，兩種不同的電壓(即“9V/-9V”和“11V/-11V”)被施加到存儲(chǔ)元件。當(dāng)施加的電壓是“9V/-9V”時(shí)，用四個(gè)不同的施加時(shí)間(脈沖寬度)，例如500ns、 300ns、100ns和50ns，施加每個(gè)電壓脈沖。當(dāng)施加的電壓是“11V/-11V”時(shí)，在30ns的施加時(shí)間期間施加每個(gè)電壓脈沖。在圖5中，第一曲線(xiàn)Gl'和第二曲線(xiàn)G2'分別示出在不同條件下的ON電流和OFF電流。參照?qǐng)D5，當(dāng)施加的電壓是“9V/-9V”時(shí)，即使每個(gè)電壓脈沖的施加時(shí)間減少到 50ns，存儲(chǔ)元件的0N/0FF開(kāi)關(guān)特性也是良好的。此夕卜，當(dāng)施加電壓的條件為“11V/-11V”時(shí)， 即使每個(gè)電壓脈沖的施加時(shí)間更短(例如，30ns)，0N/0FF開(kāi)關(guān)特性仍是良好的。因此，與諸如閃存的傳統(tǒng)存儲(chǔ)裝置相比，根據(jù)示例實(shí)施例的存儲(chǔ)元件具有明顯更高的操作速度。這還顯示出，如果氧化鋯層(ZrOx)的氧濃度沿第二材料層20的厚度方向改變且如果存在由 Al2O3層形成的反應(yīng)抑制層Bi，則所述存儲(chǔ)元件具有相對(duì)高的操作速度和優(yōu)越的0N/0FF開(kāi)關(guān)特性。根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施例的存儲(chǔ)元件可具有優(yōu)越的存儲(chǔ)特性(例如足夠的0N/0FF 電阻比、相對(duì)高的操作速度等)，并具有改善的可靠性、均一性和再現(xiàn)性。此外，可通過(guò)使用低價(jià)電極材料降低存儲(chǔ)元件的制造成本，這可在制造工藝方面進(jìn)一步提供優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施例的存儲(chǔ)元件可用在具有各種結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)裝置中。存儲(chǔ)裝置還可包括連接到存儲(chǔ)元件的開(kāi)關(guān)元件。
圖6是示出了根據(jù)本發(fā)明示例實(shí)施例的包括圖1中的存儲(chǔ)元件的存儲(chǔ)裝置的透視圖。存儲(chǔ)裝置可以是交叉點(diǎn)電阻式存儲(chǔ)裝置。參照?qǐng)D6， 多條第一導(dǎo)線(xiàn)Wl可以沿第一方向(例如，沿X方向)形成并彼此平行。 多條第二導(dǎo)線(xiàn)W2可以沿與第一導(dǎo)線(xiàn)Wl交叉的方向(例如，沿Y方向)形成。多個(gè)第一堆疊結(jié)構(gòu)中的每個(gè)第一堆疊結(jié)構(gòu)(第一存儲(chǔ)單元)SSl可形成在第一導(dǎo)線(xiàn)Wl和第二導(dǎo)線(xiàn)W2 之間的每個(gè)交叉點(diǎn)中。第一堆疊結(jié)構(gòu)SSl可以包括順序堆疊在第一導(dǎo)線(xiàn)Wl上的第一反應(yīng)抑制層Bi、第一存儲(chǔ)層Ml、第一中間電極m和第一開(kāi)關(guān)元件Si。第一存儲(chǔ)層Ml可包括第一材料層10和第二材料層20?？蛇x擇地，在第一堆疊結(jié)構(gòu)SSl中，應(yīng)該理解的是，第一存儲(chǔ)層Ml和第一開(kāi)關(guān)元件Sl的位置可交換。在這種情況下，第一反應(yīng)抑制層Bl的位置可變到第二導(dǎo)線(xiàn)W2 —側(cè)。第一反應(yīng)抑制層Bi、第一材料層10和第二材料層20可分別對(duì)應(yīng)于圖 1中的反應(yīng)抑制層Bi、第一材料層10和第二材料層20。第一開(kāi)關(guān)元件Sl可以由雙向二極管、閾值開(kāi)關(guān)器件、變阻器或其他合適的結(jié)構(gòu)形成。例如，當(dāng)?shù)谝婚_(kāi)關(guān)元件Si是雙向二極管時(shí)，該雙向二極管可以是氧化物二極管。如果使用硅二極管，則需要通過(guò)在大約800°C的溫度下的相對(duì)高溫的工藝來(lái)形成硅二極管。該相對(duì)高溫的工藝會(huì)在選擇基底材料方面產(chǎn)生限制，且會(huì)導(dǎo)致由于相對(duì)高的溫度而會(huì)發(fā)生的許多其他問(wèn)題。因此，當(dāng)?shù)谝婚_(kāi)關(guān)元件Sl由可在室溫下相對(duì)容易地形成的氧化物層形成時(shí)，可獲得各種優(yōu)點(diǎn)。如上所述，硅的使用會(huì)帶來(lái)工藝方面的一些困難，但是應(yīng)該理解，不排除將硅材料作為用來(lái)形成第一開(kāi)關(guān)元件Sl的材料。而是，當(dāng)需要時(shí)，第一開(kāi)關(guān)元件Si可以由硅或者其他合格的材料來(lái)形成。第一導(dǎo)線(xiàn)Wl 和第一中間電極m可以分別對(duì)應(yīng)于圖1中的第一電極El和第二電極E2。因此，第一導(dǎo)線(xiàn) Wl和第一中間電極Nl中的至少一個(gè)可以包括Pt、Ir、Pd、Au、Ru、Ti、Ta、TiN、TiW、TaN、W、 Ni、Al、導(dǎo)電氧化物及它們的組合中的至少一種。第二導(dǎo)線(xiàn)W2可以由用于第一導(dǎo)線(xiàn)Wl的材料形成，或者可以不由用于第一導(dǎo)線(xiàn)Wl的材料形成。還可在第二導(dǎo)線(xiàn)W2的上表面上方形成多條第三導(dǎo)線(xiàn)W3。多條第三導(dǎo)線(xiàn)W3彼此平行地放置并分隔開(kāi)預(yù)定的間隔。第三導(dǎo)線(xiàn)W3可以與第二導(dǎo)線(xiàn)W2交叉，并且可以按照與第一導(dǎo)線(xiàn)Wl相同的間隔來(lái)布置。多個(gè)第二堆疊結(jié)構(gòu)中的每個(gè)第二堆疊結(jié)構(gòu)(第二存儲(chǔ)單元) SS2可形成在第二導(dǎo)線(xiàn)W2和第三導(dǎo)線(xiàn)W3之間的每個(gè)交叉點(diǎn)中。第二堆疊結(jié)構(gòu)SS2可以包括順序堆疊在第二導(dǎo)線(xiàn)W2上的第二開(kāi)關(guān)元件S2、第二中間電極N2、第二存儲(chǔ)層M2和第二反應(yīng)抑制層B2。第二存儲(chǔ)層M2可包括第三材料層30和第四材料層40。可選擇地，在第二堆疊結(jié)構(gòu)SS2中，應(yīng)該理解，第二存儲(chǔ)層M2和第二開(kāi)關(guān)元件S2的位置可交換。在這種情況下，第二反應(yīng)抑制層B2的位置可變到第二導(dǎo)線(xiàn)W2 —側(cè)。相對(duì)于第一存儲(chǔ)層Ml，第二存儲(chǔ)層 M2可以具有相反的結(jié)構(gòu)，意思是，相對(duì)于第二導(dǎo)線(xiàn)W2，第二存儲(chǔ)層M2的結(jié)構(gòu)可以是第一存儲(chǔ)層Ml的結(jié)構(gòu)的鏡像。換句話(huà)說(shuō)，分別相對(duì)于第二材料層20和第一材料層10，第二存儲(chǔ)層 M2的第三材料層30和第四材料層40可具有相反的結(jié)構(gòu)。可選擇地，第二存儲(chǔ)層M2可具有與第一存儲(chǔ)層Ml的堆疊結(jié)構(gòu)相同的堆疊結(jié)構(gòu)。即，第二存儲(chǔ)層M2的第三材料層30和第四材料層40可分別對(duì)應(yīng)于第一存儲(chǔ)層Ml的第一材料層10和第二材料層20。第二反應(yīng)抑制層B2可由用于第一反應(yīng)抑制層Bl的材料形成。第二反應(yīng)抑制層B2可設(shè)置在第二中間電極N2和第二存儲(chǔ)層M2之間，而不是在第二存儲(chǔ)層M2和第三導(dǎo)線(xiàn)W3之間。第二開(kāi)關(guān)元件S2可以具有與第一開(kāi)關(guān)元件Sl相反的結(jié)構(gòu)或與第一開(kāi)關(guān)元件Sl的堆疊結(jié)構(gòu)相同的堆疊結(jié)構(gòu)。換句話(huà)說(shuō)，第二開(kāi)關(guān)元件S2的開(kāi)關(guān)方向可以與第一開(kāi)關(guān)元件Sl的開(kāi)關(guān)方向相反或相同。第三導(dǎo)線(xiàn)W3和第二中間電極N2可以分別對(duì)應(yīng)于圖1中的第一電極El和第二電極E2，或者可以分別對(duì)應(yīng)于圖1中的第二電極E2和第一電極E1。因此，第三導(dǎo)線(xiàn)W3和第二中間電極 N2 中的至少一個(gè)可以包括 Pt、Ir、Pd、Au、Ru、Ti、Ta、TiN, Tiff, TaN、W、Ni、Al、 導(dǎo)電氧化物及它們的組合中的至少一種在圖6中，第一堆疊結(jié)構(gòu)SSl和第二堆疊結(jié)構(gòu)SS2示出為具有圓柱形形狀，但是應(yīng)該理解，第一堆疊結(jié)構(gòu)SSl和第二堆疊結(jié)構(gòu)SS2可以具有其他各種形狀。例如，第一堆疊結(jié)構(gòu)SSl和第二堆疊結(jié)構(gòu)SS2可以具有方柱形形狀或柱的寬度沿向下的方向增加的柱狀。 第一堆疊結(jié)構(gòu)SSl和第二堆疊結(jié)構(gòu)SS2還可以具有不對(duì)稱(chēng)形狀。作為示例，第一堆疊結(jié)構(gòu) SSl和/或第二堆疊結(jié)構(gòu)SS2可具有橫截面面積大于由相鄰導(dǎo)線(xiàn)(例如，Wl和W2或者W2 和W3)形成的交叉點(diǎn)的面積的截面。第一堆疊結(jié)構(gòu)SSl和/或第二堆疊結(jié)構(gòu)SS2可具有其中心離開(kāi)由相鄰導(dǎo)線(xiàn)形成的交叉點(diǎn)的中心的部分，這也是可以的。在圖6中示出的存儲(chǔ)裝置的形狀可按照本發(fā)明的精神和范圍進(jìn)一步改變。根據(jù)示例實(shí)施例，圖6中的存儲(chǔ)裝置還可以在第三導(dǎo)線(xiàn)W3上包括另外的堆疊結(jié)構(gòu) (未示出)。所述另外的堆疊結(jié)構(gòu)可包括第三堆疊結(jié)構(gòu)和第四導(dǎo)線(xiàn)，第三堆疊結(jié)構(gòu)和第四導(dǎo)線(xiàn)可以分別與第一堆疊結(jié)構(gòu)SSl和第二導(dǎo)線(xiàn)W2相同。此外，存儲(chǔ)裝置還可包括在所述另外的堆疊結(jié)構(gòu)上的又一堆疊結(jié)構(gòu)(未示出)。這個(gè)堆疊結(jié)構(gòu)可包括第四堆疊結(jié)構(gòu)和第五導(dǎo)線(xiàn)， 第四堆疊結(jié)構(gòu)和第五導(dǎo)線(xiàn)可以分別與第二堆疊結(jié)構(gòu)SS2和第三導(dǎo)線(xiàn)W3相同。因此，可具有布置(例如，交替地布置)在第三導(dǎo)線(xiàn)W3上的更多的堆疊結(jié)構(gòu)，直至期望的水平(例如，至少四個(gè)另外的堆疊結(jié)構(gòu))。雖然已經(jīng)使用特定術(shù)語(yǔ)參照示例實(shí)施例具體示出并描述了本發(fā)明，但已經(jīng)用于說(shuō)明的實(shí)施例和術(shù)語(yǔ)不應(yīng)解釋為限制本發(fā)明的范圍。例如，圖1中的存儲(chǔ)元件中可包括至少一個(gè)另外的材料層。圖1中的存儲(chǔ)元件不僅可用在圖6中的交叉點(diǎn)存儲(chǔ)裝置中，而且可用在其他各種存儲(chǔ)裝置中。因此，在本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求限定的同時(shí)，本發(fā)明的范圍不應(yīng)被本發(fā)明的具體實(shí)施方式
不適當(dāng)?shù)叵拗?，?huì)被本領(lǐng)域技術(shù)人員理解的所有的修改和變化都意圖包括在權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種非易失性存儲(chǔ)元件，所述非易失性存儲(chǔ)元件包括第一電極；第二電極；存儲(chǔ)層，設(shè)置在第一電極和第二電極之間，其中，存儲(chǔ)層包括供氧層和氧化物層，氧化物層具有多個(gè)陷阱能級(jí)，存儲(chǔ)層具有電阻變化特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)元件，其中，供氧層包括Ta氧化物、&氧化物、 氧化釔穩(wěn)定氧化鋯、Ti氧化物、Hf氧化物、Mn氧化物、Mg氧化物和它們的組合中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)元件，其中，供氧層包括TaOx,χ < 2. 5。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)元件，其中，氧化物層包括具有多個(gè)氧化態(tài)的氧化物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)元件，其中，氧化物層包括ττ氧化物、Mn氧化物、狗氧化物、Mo氧化物、Nb氧化物、W氧化物、Ln氧化物和它們的組合中的至少一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)元件，其中，氧化物層包括ττ氧化物。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的非易失性存儲(chǔ)元件，其中，供氧層包括Ta氧化物。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的非易失性存儲(chǔ)元件，其中，用Y、Sc、Ca和La中的至少一種來(lái)?yè)诫s氧化物層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)元件，其中，氧化物層具有范圍從5nm至30nm的厚度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)元件，其中，氧化物層的氧濃度沿氧化物層的厚度方向逐漸地或區(qū)域性地改變。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的非易失性存儲(chǔ)元件，其中，氧化物層的氧濃度隨著與第二電極靠近而增大。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)元件，所述非易失性存儲(chǔ)元件還包括在第一電極和存儲(chǔ)層之間的反應(yīng)抑制層。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的非易失性存儲(chǔ)元件，其中，反應(yīng)抑制層包括氧化鋁、氧化硅、氮化硅、氧化鋯、氧化鉿和它們的組合中的至少一種。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)元件，其中，第一電極和第二電極中的至少一個(gè)由非貴金屬形成。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)元件，其中，第一電極和第二電極中的至少一個(gè)包括Ru、Ni、W、Al、TiN和它們的組合中的至少一種。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)元件，其中，第一電極和第二電極中的至少一個(gè)包括Pt、Ir、Pd、Au、Ru、Ti、Ta、TiN, Tiff, TaN, W、Ni、Al、導(dǎo)電氧化物和它們的組合中的至少一種。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)元件，其中，電阻變化特性由離子物種在供氧層和氧化物層之間的移動(dòng)而產(chǎn)生。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的非易失性存儲(chǔ)元件，其中，離子物種為氧離子。
19.一種包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)元件的存儲(chǔ)裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的存儲(chǔ)裝置，所述存儲(chǔ)裝置還包括連接到所述非易失性存儲(chǔ)元件的開(kāi)關(guān)元件。
21.一種交叉點(diǎn)存儲(chǔ)裝置，所述交叉點(diǎn)存儲(chǔ)裝置包括多條第一導(dǎo)線(xiàn)，平行地布置；多條第二導(dǎo)線(xiàn)，平行地布置，并與多條第一導(dǎo)線(xiàn)交叉以在多條第一導(dǎo)線(xiàn)與多條第二導(dǎo)線(xiàn)之間形成多個(gè)第一交叉點(diǎn)；多個(gè)第一存儲(chǔ)單元，多個(gè)第一存儲(chǔ)單元中的每個(gè)設(shè)置在多條第一導(dǎo)線(xiàn)中的一條和多條第二導(dǎo)線(xiàn)中的一條之間的相應(yīng)的第一交叉點(diǎn)處，其中，多個(gè)第一存儲(chǔ)單元中的每個(gè)包括第一存儲(chǔ)層，第一存儲(chǔ)層包括第一供氧層和第一氧化物層，第一氧化物層包括多個(gè)陷阱能級(jí)，第一存儲(chǔ)層具有電阻變化特性。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的交叉點(diǎn)存儲(chǔ)裝置，其中，第一供氧層包括Ta氧化物、Zr氧化物、氧化釔穩(wěn)定氧化鋯、Ti氧化物、Hf氧化物、Mn氧化物、Mg氧化物和它們的組合中的至少一種。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的交叉點(diǎn)存儲(chǔ)裝置，其中，第一供氧層包括TaOx，χ< 2. 5。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的交叉點(diǎn)存儲(chǔ)裝置，其中，第一氧化物層包括具有多個(gè)氧化態(tài)的氧化物。
25.根據(jù)權(quán)利要求21所述的交叉點(diǎn)存儲(chǔ)裝置，其中，第一氧化物層包括ττ氧化物、Mn 氧化物、狗氧化物、Mo氧化物、Nb氧化物、W氧化物、Ln氧化物和它們的組合中的至少一種。
26.根據(jù)權(quán)利要求21所述的交叉點(diǎn)存儲(chǔ)裝置，其中，第一氧化物層包括ττ氧化物。
27.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的交叉點(diǎn)存儲(chǔ)裝置，其中，第一供氧層包括Ta氧化物。
28.根據(jù)權(quán)利要求沈所述的交叉點(diǎn)存儲(chǔ)裝置，其中，用Y、Sc、Ca和La中的至少一種來(lái)?yè)诫s第一氧化物層。
29.根據(jù)權(quán)利要求21所述的交叉點(diǎn)存儲(chǔ)裝置，其中，第一氧化物層具有范圍從5nm至 30nm的厚度。
30.根據(jù)權(quán)利要求21所述的交叉點(diǎn)存儲(chǔ)裝置，其中，第一氧化物層的氧濃度沿第一氧化物層的厚度方向逐漸地或區(qū)域性地改變。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的交叉點(diǎn)存儲(chǔ)裝置，其中，第一氧化物層的氧濃度隨著與相應(yīng)的第二導(dǎo)線(xiàn)靠近而增大。
32.根據(jù)權(quán)利要求21所述的交叉點(diǎn)存儲(chǔ)裝置，其中，多個(gè)第一存儲(chǔ)單元中的每個(gè)還包括連接到第一存儲(chǔ)層的第一開(kāi)關(guān)元件。
33.根據(jù)權(quán)利要求21所述的交叉點(diǎn)存儲(chǔ)裝置，所述交叉點(diǎn)存儲(chǔ)裝置還包括在相應(yīng)的第一導(dǎo)線(xiàn)和第一存儲(chǔ)層之間的反應(yīng)抑制層。
34.根據(jù)權(quán)利要求21所述的交叉點(diǎn)存儲(chǔ)裝置，其中，電阻變化特性由離子物種在第一供氧層和第一氧化物層之間的移動(dòng)而產(chǎn)生。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的交叉點(diǎn)存儲(chǔ)裝置，其中，離子物種為氧離子。
36.根據(jù)權(quán)利要求21所述的交叉點(diǎn)存儲(chǔ)裝置，所述交叉點(diǎn)存儲(chǔ)裝置還包括在多條第二導(dǎo)線(xiàn)上方的多個(gè)第二存儲(chǔ)單元和多條第三導(dǎo)線(xiàn)，其中，多條第三導(dǎo)線(xiàn)布置為與多條第二導(dǎo)線(xiàn)交叉，從而在多條第三導(dǎo)線(xiàn)和多條第二導(dǎo)線(xiàn)之間形成多個(gè)第二交叉點(diǎn)，多個(gè)第二存儲(chǔ)單元中的每個(gè)設(shè)置在多條第二導(dǎo)線(xiàn)中的一條和多條第三導(dǎo)線(xiàn)中的一條之間的相應(yīng)的第二交叉點(diǎn)處。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的交叉點(diǎn)存儲(chǔ)裝置，其中，多個(gè)第二存儲(chǔ)單元中的每個(gè)包括具有第二供氧層和第二氧化物層的第二存儲(chǔ)層，第二存儲(chǔ)層具有電阻變化特性，所述電阻變化特性由離子物種在第二供氧層和第二氧化物層之間的移動(dòng)而產(chǎn)生。
38.根據(jù)權(quán)利要求37所述的交叉點(diǎn)存儲(chǔ)裝置，其中，相對(duì)于第一存儲(chǔ)層，第二存儲(chǔ)層具有相反的結(jié)構(gòu)。
39.根據(jù)權(quán)利要求37所述的交叉點(diǎn)存儲(chǔ)裝置，其中，第二存儲(chǔ)層具有與第一存儲(chǔ)層相同的結(jié)構(gòu)。
40.根據(jù)權(quán)利要求37所述的交叉點(diǎn)存儲(chǔ)裝置，其中，多個(gè)第二存儲(chǔ)單元中的每個(gè)還包括連接到第二存儲(chǔ)層的第二開(kāi)關(guān)元件。
全文摘要
示例實(shí)施例涉及一種非易失性存儲(chǔ)元件和一種包括其的存儲(chǔ)裝置。非易失性存儲(chǔ)元件可包括在兩個(gè)電極之間具有多層結(jié)構(gòu)的存儲(chǔ)層。存儲(chǔ)層可包括第一材料層和第二材料層，并可由于在第一材料層和第二材料層之間離子物種的移動(dòng)而顯示出電阻變化特性。第一材料層可以是供氧層。第二材料層可以是具有多重陷阱能級(jí)的氧化物層。
文檔編號(hào)G11C13/00GK102347443SQ20111019710
公開(kāi)日2012年2月8日 申請(qǐng)日期2011年7月14日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月23日
發(fā)明者張晚, 李東洙, 李承烈, 李昌范, 李明宰, 許智賢, 金昌楨, 金英培 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社