專利名稱：具有活性離子界面區(qū)的非易失性存儲(chǔ)器的制作方法
具有活性離子界面區(qū)的非易失性存儲(chǔ)器
背景技術(shù)：
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備一般以快速且高效的方式工作以存儲(chǔ)和檢索數(shù)據(jù)。一些存儲(chǔ)設(shè)備利用固態(tài)存儲(chǔ)器單元的半導(dǎo)體陣列來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的獨(dú)立位。這類存儲(chǔ)器單元可以是易失性的 (例如DRAM、SRAM)或非易失性的(RRAM、STRAM、閃存等)。如所能理解的那樣，易失性存儲(chǔ)器單元通常僅在持續(xù)向裝置提供工作電力時(shí)保留存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)，而非易失性存儲(chǔ)器單元通常即使在不施加工作電力時(shí)也保留存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。在這些和其它類型的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置中，經(jīng)常希望提高存儲(chǔ)器單元形成的效率，尤其是從存儲(chǔ)器單元讀取數(shù)據(jù)的方面。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的諸個(gè)實(shí)施例通常關(guān)于非易失性存儲(chǔ)器單元及其使用方法，諸如但不限于，具有可編程金屬化單元(PMC)構(gòu)造的存儲(chǔ)器單元。根據(jù)一些實(shí)施例，存儲(chǔ)器單元包括位于導(dǎo)電區(qū)和金屬區(qū)之間的隧穿區(qū)，其中所述隧穿區(qū)包括位于第一隧穿勢(shì)壘和第二隧穿勢(shì)壘之間的活性界面區(qū)。響應(yīng)于將存儲(chǔ)器單元編程為選定阻態(tài)的寫電流，利用來自金屬區(qū)和導(dǎo)電區(qū)兩者的離子遷移在該活性界面區(qū)中形成高阻性薄膜。根據(jù)其他實(shí)施例，本方法包括提供非易失性存儲(chǔ)器單元，該非易失性存儲(chǔ)器單元包括位于導(dǎo)電區(qū)和金屬區(qū)之間的隧穿區(qū)，其中所述隧穿區(qū)包括位于第一隧穿勢(shì)壘和第二隧穿勢(shì)壘之間的活性界面區(qū)；以及通過施加將存儲(chǔ)器單元編程為選定阻態(tài)的寫電流，利用來自金屬區(qū)和導(dǎo)電區(qū)兩者的離子遷移在該活性界面區(qū)中形成高阻性薄膜。表征本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例的這些和其它特征和優(yōu)點(diǎn)可考慮以下具體討論和所附附圖來理解。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例構(gòu)造和操作的示例性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備的概括功能示圖。圖2示出能在圖1的存儲(chǔ)器陣列中使用的示例性存儲(chǔ)器單元。圖3概括地示出可將數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)器陣列的存儲(chǔ)器單元的方法。圖4概括地示出可從圖3的存儲(chǔ)器單元中讀取數(shù)據(jù)的方法。圖5示出根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例構(gòu)造的示例性阻性感測(cè)組件。圖6示出了圖5的阻性感測(cè)組件的示例性操作。圖7示出了圖5的阻性感測(cè)組件的示例性操作。圖8示出根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例構(gòu)造的示例性阻性感測(cè)組件。圖9示出了圖7的阻性感測(cè)組件的示例性操作。圖10示出根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例而操作的存儲(chǔ)器單元陣列。
圖11提供了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例而實(shí)現(xiàn)的示例性數(shù)據(jù)寫入例程的流程圖。
具體實(shí)施例方式圖1提供根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例而構(gòu)造和操作的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備100的功能框圖。該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備被構(gòu)想成包括諸如PCMCIA卡或USB型的外部存儲(chǔ)器設(shè)備之類的便攜式非易失性存儲(chǔ)器存儲(chǔ)設(shè)備。然而，應(yīng)當(dāng)理解，設(shè)備100的這些特性僅僅是出于說明具體實(shí)施例的目的，而非限于所要求保護(hù)的主題事項(xiàng)。設(shè)備100的頂層控制由合適的控制器102執(zhí)行，控制器102可以是可編程的或基于硬件的微控制器?？刂破?02經(jīng)由控制器接口(I/F)電路104與主機(jī)設(shè)備進(jìn)行通信。在 106示出存儲(chǔ)器空間包含數(shù)個(gè)存儲(chǔ)陣列108(表示為陣列0-N)，但是可以理解可根據(jù)需要利用單個(gè)陣列。每個(gè)陣列108包括具有選定存儲(chǔ)容量的半導(dǎo)體存儲(chǔ)器塊?？刂破?02和存儲(chǔ)器空間106之間的通信經(jīng)由I/F104協(xié)調(diào)。雖然不作為限制，但可使用任何數(shù)量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸協(xié)議(諸如邏輯塊尋址 (LBA)，由此數(shù)據(jù)被排列并存儲(chǔ)在固定尺寸的塊(諸如512個(gè)字節(jié)的用戶數(shù)據(jù)加上用于ECC、 備份、報(bào)頭信息等的開銷字節(jié))中?？筛鶕?jù)LBA來發(fā)布主機(jī)命令，并且設(shè)備100可進(jìn)行相應(yīng)的LBA至PBA(物理塊地址)轉(zhuǎn)換以對(duì)擬存儲(chǔ)或檢索的數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)位置進(jìn)行標(biāo)識(shí)并提供服務(wù)。圖2示出根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例構(gòu)造和操作的存儲(chǔ)器單元110的功能框圖。單元 110具有與開關(guān)器件114串聯(lián)的阻性感測(cè)組件(RSE) 112。如圖所示，開關(guān)器件114當(dāng)處于開路位置時(shí)用來急劇地增加單元110的電阻，這有效地防止電流流過。相比而言，閉合位置允許開關(guān)器件114接收電流并使其通過單元110。閉合的開關(guān)器件114也允許電流沿多個(gè)方向流過RSEl 12。RSE單元相比諸如EEPROM和閃存之類的其它類型非易失性存儲(chǔ)器單元的優(yōu)勢(shì)包括如下事實(shí)，在單元構(gòu)造中不提供浮柵。在將新數(shù)據(jù)寫至已有的一組單元之前，不需要擦除操作。相反，RSE單元可被各自訪問和寫入至任何要求的邏輯狀態(tài)(例如0或1)，不管RSE 單元的已有狀態(tài)為何。另外，寫和讀功耗需求大量降低，能獲得明顯更快的寫和讀時(shí)間，并且相比具有有限寫/擦除循環(huán)壽命的可擦除單元而言基本不會(huì)觀察到磨損劣化。然而，阻性感測(cè)元件112的構(gòu)造可能具有缺點(diǎn)，例如非完整編程。例如，薄膜的構(gòu)造可用來對(duì)RSE112編程，但隨著時(shí)間的流逝，可能在編程循環(huán)后仍然有殘余量的薄膜，并最終變得永久地根深蒂固。因此，增加的編程電流和邏輯狀態(tài)判斷錯(cuò)誤可能源自這種完整可逆阻態(tài)編程的缺乏。因此，各實(shí)施例總體針對(duì)能克服現(xiàn)有技術(shù)的這些和其它局限的一種改進(jìn)的存儲(chǔ)器單元配置。如下文解釋的，存儲(chǔ)器單元提供有活性界面區(qū)，該活性界面區(qū)配置成通過形成具有從金屬區(qū)和導(dǎo)電區(qū)的離子遷移的高阻性薄膜來提供完全可逆的編程。薄膜形成可與預(yù)定位置隔離，這允許單元的相應(yīng)編程狀態(tài)的完整和可重復(fù)的設(shè)置和重置。如此，大量數(shù)據(jù)可被重復(fù)地寫至單元而不會(huì)有性能上的長(zhǎng)期劣化。關(guān)于圖3，可如圖大體示出的那樣將數(shù)據(jù)寫至相應(yīng)的存儲(chǔ)器單元110。一般而言， 寫入電源116施加必要輸入(諸如以電流、電壓、磁化等形式)以將存儲(chǔ)器單元110配置成要求狀態(tài)?？梢岳斫?，圖3僅僅是位寫入操作的代表性圖示。可適當(dāng)?shù)夭倏v寫入電源116、存儲(chǔ)器單元110和基準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)118的配置來允許向每個(gè)單元寫入所選邏輯狀態(tài)。如下面所解釋的，在一些實(shí)施例中，存儲(chǔ)器單元110采用經(jīng)更改的RRAM配置，在這種情況下，寫入電源116被表征為通過存儲(chǔ)器單元110連接到適當(dāng)基準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)118 (諸如接地點(diǎn))的電流驅(qū)動(dòng)器。寫入電源116通過移動(dòng)穿過存儲(chǔ)器單元110中的材料提供功率流。單元110可呈相對(duì)低的電阻(Rl)或相對(duì)高的電阻(Rh)。雖然不是限制性的，然而示例性&值可在約1000歐姆(Ω)的范圍內(nèi)，而示例性&值可在約2000 Ω的范圍內(nèi)。其它阻性存儲(chǔ)器類型配置(例如RRAM)配備以合適的電壓或其它輸入，但提供寬得多的電阻值范圍( 100Ω *& 10ΜΩ)。這些值由各自的單元保留，直到該狀態(tài)被后續(xù)寫入操作改變?yōu)橹?。雖然不是限制性的，然而在本示例中，打算用高電阻值(Rh)表示由單元1 的邏輯1存儲(chǔ)，而低電阻值(RJ表示邏輯0存儲(chǔ)。由每個(gè)單元110存儲(chǔ)的邏輯位值可以例如圖4所示的方式確定。讀電源120將適當(dāng)?shù)妮斎?例如選定的讀電壓)施加于存儲(chǔ)器單元110。流過單元110的讀電流Ik的量將取決于單元電阻(分別為&或?？绱鎯?chǔ)器單元的電壓降(電壓Vsc)是通過比較器124 的正(+)輸入端經(jīng)由路徑122測(cè)得的。從基準(zhǔn)源1 將合適基準(zhǔn)(例如電壓基準(zhǔn)Vkef)提供給比較器124的負(fù)㈠輸入端?？蓮母鞣N實(shí)施例中選出基準(zhǔn)電壓Vkef，以使存儲(chǔ)器單元110兩端的電壓降Vk在該單元的電阻被設(shè)為&時(shí)低于Vkef值，而在該單元的電阻被設(shè)為&時(shí)高于Vkef值。如此，比較器124的輸出電壓電平將指示存儲(chǔ)器單元110所存儲(chǔ)的邏輯位值(0或1)。圖5示出根據(jù)本發(fā)明多個(gè)實(shí)施例構(gòu)造的示例性阻性感測(cè)元件130。阻性感測(cè)元件 130可包括設(shè)置在導(dǎo)電區(qū)134和金屬區(qū)136之間的隧穿區(qū)132。在一些實(shí)施例中，隧穿區(qū) 132具有設(shè)置在第一隧穿勢(shì)壘140和第二隧穿勢(shì)壘142之間的活性界面區(qū)138。此外，第一電極144耦合于金屬區(qū)136而第二電極146耦合于導(dǎo)電區(qū)134。要注意，阻性感測(cè)元件130的各個(gè)組成部分的取向是非限制性的。例如，導(dǎo)電區(qū) 134可位于第一電極和第一隧穿勢(shì)壘附近。類似地，阻性感測(cè)元件130的形成不受此限，因?yàn)楦鹘M成部分根據(jù)需要可以是多種不同材料和物理配置。在另一示例中，活性界面區(qū)138 與第一和第二隧穿勢(shì)壘140、142的界面隔開。這種配置可自然地形成活性界面區(qū)，其中可隔開一高阻性薄膜。在本發(fā)明的各實(shí)施例中，隧穿區(qū)132包括可編程金屬化單元(PMC)，PMC對(duì)于第一隧穿勢(shì)壘利用金屬離子固體電解質(zhì)構(gòu)造而對(duì)于第二隧穿勢(shì)壘利用氧離子固體電解質(zhì)構(gòu)造。 可以理解有多種材料可構(gòu)造成固體電解質(zhì)材料，包括但不限于氧化釔穩(wěn)定的氧化鋯(Ysz)、 氧化鈦(TiO2)、氧化硅(SiO2)、氧化鎢(WO3)、各種金屬硫化物以及各種金屬碲化物。類似地，活性界面區(qū)也可由要么天生地要么因?yàn)閾诫s工藝而具有電解質(zhì)特性的各種固態(tài)材料構(gòu)造成。另外，導(dǎo)電區(qū)134的一種可能配置是本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員以其它方式已知為PCMO的鐠(ft·)、鈣(Ca)、錳(Mn)和氧(0)的組合物?？衫脤?dǎo)電組合物PCMO來將氧離子提供給活性界面區(qū)138。相反，金屬區(qū)136可包括任何數(shù)量的金屬，例如但不限于，堿土金屬和難熔 ^^ I^l ο圖6和7中示出圖5的阻性感測(cè)元件130的示例性操作。阻性感測(cè)元件130圖示為配置在存儲(chǔ)器單元取向上，例如圖2的存儲(chǔ)器單元110，并與開關(guān)器件148串聯(lián)。隨著開關(guān)器件148被激活，寫電流150可從源線(SL)流過阻性感測(cè)元件130直至位線(BL)。在本發(fā)明各實(shí)施例中，沿第一方向流過阻性感測(cè)元件130的寫電流150的出現(xiàn)對(duì)應(yīng)于從導(dǎo)電區(qū) 134和金屬區(qū)136兩者流至活性界面區(qū)138的離子152、巧4遷移。此外在一些實(shí)施例中，只有來自導(dǎo)電區(qū)136的氧離子152遷移通過第二隧穿勢(shì)壘， 而只有來自金屬區(qū)136的金屬離子IM遷移通過第一隧穿勢(shì)壘140。雖然來自金屬區(qū)136 和導(dǎo)電區(qū)134的離子遷移可同時(shí)發(fā)生，但是這種同時(shí)遷移不是本發(fā)明所必需的。作為不同離子遷移至活性界面區(qū)138的結(jié)果，高阻性薄膜可形成在第一和第二隧穿勢(shì)壘140、142的電阻區(qū)156U580要注意，高阻性薄膜可以多種方式形成。也就是說，薄膜可形成為使隧穿勢(shì)壘中的一者或兩者與活性界面區(qū)138完全隔開的單個(gè)連續(xù)層，或者薄膜可形成為在電阻區(qū)156、 158中的一個(gè)或多個(gè)獨(dú)立的非連續(xù)島嶼。無論如何，在電阻區(qū)156、158中的預(yù)定量高阻性薄膜的存在可將阻性感測(cè)元件130的總電阻從低阻態(tài)切換至高阻態(tài)。相反，如圖7所示，當(dāng)寫電流160沿與第一寫電流方向相反的第二方向流過阻性感測(cè)元件130時(shí)，任何高阻性薄膜分解。在一些實(shí)施例中，寫電流160的流動(dòng)機(jī)電地迫使出現(xiàn)在電阻區(qū)156、158和活性界面區(qū)138中的金屬離子162和氧離子164分離。這種分離可表征為離子通過第一和第二隧穿勢(shì)壘140、142遷移至相應(yīng)的導(dǎo)電區(qū)和金屬區(qū)134、136。也就是說，寫電流160沿第二方向通過阻性感測(cè)元件130的流動(dòng)誘使出現(xiàn)在隧穿區(qū)132中的離子遷移至其相應(yīng)的離子源、導(dǎo)電區(qū)Π4和金屬區(qū)136。例如，如圖6所示在寫電流150流動(dòng)過程中產(chǎn)生并從導(dǎo)電區(qū)134遷移至活性界面區(qū)138的氧離子通過圖7所示寫電流160的流動(dòng)而被誘使返回到導(dǎo)電區(qū)134。盡管改變離子遷移的量可通過多種寫電流脈沖時(shí)長(zhǎng)和強(qiáng)度而達(dá)成，然而寫電流160可迫使所有金屬離子和氧離子162、164從隧穿區(qū)132的完全遷移。因而，寫電流160可設(shè)置成重復(fù)地將阻性感測(cè)元件130編程至低阻態(tài)而不會(huì)有留存在隧穿區(qū)132中的殘余高阻性薄膜并且當(dāng)讀邏輯狀態(tài)時(shí)不大可能導(dǎo)致錯(cuò)誤。為了清楚，由寫電流150誘發(fā)的金屬離子和氧離子的離子遷移可通過寫電流160 完全逆轉(zhuǎn)。然而，寫電流的具體方向是非限制性的，因?yàn)閷戨娏?50可從位線流至源線，而寫電流160從源線流至位線。此外，可以理解，寫電流160可能誘發(fā)氧化還原反應(yīng)以允許來自隧穿區(qū)132的離子的完全逆向遷移以及任何高阻性薄膜的分解。由此，高阻性薄膜可通過在活性界面區(qū)中合并來自不同源的不同離子而形成。這種組合可將諸如金屬氧化物之類的高阻性薄膜同時(shí)或相繼地形成在電阻區(qū)156、158中的一者或兩者。要注意，高阻性薄膜是穩(wěn)定的并且不需要持續(xù)供電或刷新以便存在。因此，可以理解，此類非易失性特性和可編程性可轉(zhuǎn)換成邏輯狀態(tài)并通過諸如圖3和圖4所示的電路之類的多種電路發(fā)揮存儲(chǔ)器單元的作用。此外，在阻性感測(cè)元件130的示例性操作中，設(shè)置在導(dǎo)電區(qū)134和活性界面區(qū)138 之間的隧穿勢(shì)壘將只經(jīng)歷氧離子遷移，而設(shè)置在金屬區(qū)136和活性界面區(qū)138之間的隧穿勢(shì)壘將只經(jīng)歷金屬離子遷移。在其它實(shí)施例中，可將正向偏置施加于電極180或182以誘使離子遷移，如圖6和圖7所示。一旦離子分別從導(dǎo)電區(qū)134、金屬區(qū)136遷移，高阻性薄膜可根據(jù)離子通過隧穿勢(shì)壘的擴(kuò)散而形成在電阻區(qū)156、158中的一個(gè)或兩個(gè)上。圖8和圖9總地示出根據(jù)本發(fā)明多個(gè)實(shí)施例構(gòu)造并操作的阻性感測(cè)元件170。阻性感測(cè)元件170可包括設(shè)置在金屬區(qū)174和導(dǎo)電區(qū)176之間的隧穿區(qū)172。盡管阻性感測(cè)元件170可在隧穿區(qū)172中配置有不同的第一和第二隧穿勢(shì)壘，例如圖5-7中的阻性感測(cè)元件130，但是第一和第二隧穿勢(shì)壘可包括與活性界面區(qū)178相同的材料。因此，單個(gè)活性界面區(qū)178可界定隧穿區(qū)172的全部。此外，第一電極180可耦合于金屬區(qū)174而第二電極182連接在導(dǎo)電區(qū)176附近。 然而，這種取向和配置是非限制性的，因?yàn)殡姌O可以是多種不同的材料并可根據(jù)需要連接于阻性感測(cè)元件170的各個(gè)位置。例如，第一電極180可以是第一材料并連接在導(dǎo)電區(qū)176 附近，而第二電極183是第二材料并耦合在金屬區(qū)174附近。阻性感測(cè)元件170的操作在諸如非易失性和可編程性之類的許多方面可模仿圖 5-7的阻性感測(cè)元件130。然而，高阻性薄膜將形成在阻性感測(cè)元件170中的隧穿區(qū)172之夕卜。也就是說，來自導(dǎo)電區(qū)176和金屬區(qū)174的離子將沿相反方向遷移并在活性界面區(qū)178 中相互作用，但在位于隧穿區(qū)172外側(cè)的電阻區(qū)188、190中形成諸如金屬氧化物之類的高阻性薄膜?？梢岳斫?，許多操作相似性可存在于阻性感測(cè)元件130、170之間。如圖9所示， 寫電流192的存在可誘發(fā)從金屬區(qū)174至活性界面區(qū)178的遷移金屬離子186。該遷移可形成一個(gè)或許多高阻性薄膜，這些高阻性薄膜能將阻性感測(cè)元件170的總電阻改變至高阻態(tài)。另外，具有與寫電流192相反方向的寫電流可促成任何高阻性薄膜的完全分解，并促成金屬離子和氧離子186、184離開電阻區(qū)188、190的遷移?？蛇M(jìn)一步理解，阻性感測(cè)元件170可由多種不同材料構(gòu)成，例如但不局限于， PCM0、固體電解質(zhì)以及難熔金屬，這與阻性感測(cè)元件130的材料相似。此外，阻性感測(cè)元件 170的各種組件的取向不受圖8-9所示配置的限制，并可根據(jù)需要更改以形成高阻性薄膜并對(duì)多種阻態(tài)進(jìn)行編程。阻性感測(cè)元件130、170的多種操作功能之一在于圖10所一般性示出的存儲(chǔ)器單元200的陣列。如圖所示，多個(gè)存儲(chǔ)器單元202可排列成行和列并連接在位線204和源線 206之間。另外，每個(gè)存儲(chǔ)器單元202可通過字線208選擇性地激活。在一些實(shí)施例中，陣列的操作是通過位線驅(qū)動(dòng)器210和源線驅(qū)動(dòng)器212的配置來實(shí)現(xiàn)的，而預(yù)定數(shù)量的存儲(chǔ)器單元202的激活是通過字線驅(qū)動(dòng)器214實(shí)現(xiàn)的。可以理解，各個(gè)線驅(qū)動(dòng)器的多種配置對(duì)陣列200而言是可能的。也就是說，可對(duì)每個(gè)位線204、源線206和字線208利用一線驅(qū)動(dòng)器，就像單個(gè)線驅(qū)動(dòng)器可用來操作所有的位線、源線和字線。此外，本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員可理解，位線204、源線206和字線208的操作不受此限。例如，源線206和位線204可配置成相對(duì)于彼此具有正交關(guān)系，而字線208平行于位線204定位。圖11提供了根據(jù)本發(fā)明多個(gè)實(shí)施例實(shí)現(xiàn)的示例性數(shù)據(jù)寫入例程300的流程圖。一開始，在步驟302提供非易失性阻性感測(cè)元件，該非易失性阻性感測(cè)元件具有設(shè)置在導(dǎo)電區(qū)和金屬區(qū)之間的隧穿區(qū)。在一些實(shí)施例中，隧穿區(qū)配置有活性界面區(qū)，該活性界面區(qū)設(shè)置在第一隧穿勢(shì)壘和第二隧穿勢(shì)壘之間。步驟304涉及通過離子從金屬區(qū)和導(dǎo)電區(qū)兩者的遷移在活性界面區(qū)上形成高阻性薄膜。隨著在步驟304高阻性薄膜的形成，阻性感測(cè)元件的阻態(tài)和相應(yīng)邏輯狀態(tài)可從低阻改變至高阻。在步驟306用大小小于寫電流的讀電流測(cè)量和確定這種邏輯狀態(tài)。預(yù)計(jì)具有流過阻性感測(cè)元件的第一方向的寫電流被用來誘使離子遷移和高阻性薄膜的形成。相反在步驟308，具有第二流動(dòng)方向的寫電流用來分解高阻性薄膜并促成從隧穿區(qū)至相應(yīng)金屬區(qū)和導(dǎo)電區(qū)的完全離子遷移。結(jié)果，阻性感測(cè)元件返回到與低阻對(duì)應(yīng)的最初配置。如本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員所能理解的，由于高阻性薄膜通過離子遷移完全可逆地形成，本文所示的各實(shí)施例在存儲(chǔ)器單元效率和復(fù)雜性兩方面均具有優(yōu)勢(shì)。從金屬區(qū)和導(dǎo)電區(qū)通過隧穿勢(shì)壘的離子遷移的調(diào)整通過有效地消除存儲(chǔ)器單元的非故意編程而進(jìn)一步提供更好的性能。此外，通過降低與諸如磁容限之類的多種制造方法相關(guān)聯(lián)的復(fù)雜度，可以大大提高制造精度。然而，應(yīng)當(dāng)明白，本文所討論的多個(gè)實(shí)施例具有許多潛在應(yīng)用，并且不限于特定的電子介質(zhì)領(lǐng)域或特定的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件類型。應(yīng)該理解，即使已在前面的描述中闡述了本發(fā)明多個(gè)實(shí)施例的許多特征和優(yōu)勢(shì)以及本發(fā)明多個(gè)實(shí)施例的結(jié)構(gòu)和功能的細(xì)節(jié)，然而該詳細(xì)描述僅為解說性的，并可在細(xì)節(jié)上做出改變，尤其可將落入本發(fā)明原理內(nèi)的部分的結(jié)構(gòu)與安排改動(dòng)為表達(dá)所附的權(quán)利要求書的術(shù)語的寬泛解釋所指示的全部范圍。
權(quán)利要求
1.一種非易失性存儲(chǔ)器單元，包括位于導(dǎo)電區(qū)和金屬區(qū)之間的隧穿區(qū)，其中所述隧穿區(qū)包括位于第一隧穿勢(shì)壘和第二隧穿勢(shì)壘之間的活性界面區(qū)，并且其中響應(yīng)于將所述存儲(chǔ)器單元編程至選定阻態(tài)的寫電流的施加而利用來自所述金屬區(qū)和所述導(dǎo)電區(qū)兩者的離子遷移在所述活性界面區(qū)內(nèi)形成高阻性薄膜。
2.如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器單元，其特征在于，僅金屬離子流過所述第一隧穿勢(shì)壘， 且僅氧離子流過所述第二隧穿勢(shì)壘。
3.如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器單元，其特征在于，多個(gè)金屬離子流過所述第一隧穿勢(shì)壘且多個(gè)氧離子同時(shí)沿相反的方向流過所述第二隧穿勢(shì)壘。
4.如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器單元，其特征在于，所述高阻性薄膜包括金屬氧化物，所述金屬氧化物形成在活性界面區(qū)附近并形成在所述第一和第二隧穿勢(shì)壘中。
5.如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器單元，其特征在于，所述隧穿區(qū)包括可編程金屬化單元 (PMC)，其中所述第一隧穿結(jié)包括金屬離子傳導(dǎo)固體電解質(zhì)材料，而所述第二隧穿結(jié)包括氧離子傳導(dǎo)固體電解質(zhì)材料。
6.如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器單元，其特征在于，所述導(dǎo)電區(qū)包括PMCO導(dǎo)電材料。
7.如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器單元，其特征在于，所述高阻性薄膜在所述活性界面區(qū)上形成多個(gè)獨(dú)立的島嶼。
8.如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器單元，其特征在于，所述第一和第二隧穿勢(shì)壘包括與所述活性界面區(qū)相同的材料。
9.如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器單元，其特征在于，所述金屬區(qū)包括稀土金屬材料。
10.如權(quán)利要求1所述的存儲(chǔ)器單元，其特征在于，所述高阻性薄膜通過使具有第一方向的第一電流流過所述隧穿區(qū)而形成，并且所述高阻性薄膜通過使具有第二方向的第二電流流過所述隧穿區(qū)而完全消散。
11.一種方法，包括提供非易失性存儲(chǔ)器單元，所述非易失性存儲(chǔ)器單元包括位于導(dǎo)電區(qū)和金屬區(qū)之間的隧穿區(qū)，其中所述隧穿區(qū)包括位于第一隧穿勢(shì)壘和第二隧穿勢(shì)壘之間的活性界面區(qū)；以及通過施加將存儲(chǔ)器單元編程至選定阻態(tài)的寫電流而利用來自金屬區(qū)和導(dǎo)電區(qū)兩者的離子遷移在所述活性界面區(qū)中形成高阻性薄膜。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，僅金屬離子流過所述第一隧穿勢(shì)壘，且僅氧離子流過所述第二隧穿勢(shì)壘。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，多個(gè)金屬離子流過所述第一隧穿勢(shì)壘且多個(gè)氧離子同時(shí)沿相反的方向流過所述第二隧穿勢(shì)壘。
14.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述高阻性薄膜包括金屬氧化物，所述金屬氧化物形成在活性界面區(qū)附近并形成在所述第一和第二隧穿勢(shì)壘中。
15.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述隧穿區(qū)包括可編程金屬化單元 (PMC)，其中所述第一隧穿結(jié)包括金屬離子傳導(dǎo)固體電解質(zhì)材料，而所述第二隧穿結(jié)包括氧離子傳導(dǎo)固體電解質(zhì)材料。
16.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述導(dǎo)電區(qū)包括PMCO導(dǎo)電材料。
17.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述高阻性薄膜在所述活性界面區(qū)上形成多個(gè)獨(dú)立的島嶼。
18.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述第一和第二隧穿勢(shì)壘包括與所述活性界面區(qū)相同的材料。
19.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述金屬區(qū)包括稀土金屬材料。
20.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，所述高阻性薄膜通過使具有第一方向的第一電流流過所述隧穿區(qū)而形成，并且所述高阻性薄膜通過使具有第二方向的第二電流流過所述隧穿區(qū)而完全消散。
全文摘要
公開了非易失性存儲(chǔ)器單元及其使用方法。根據(jù)各實(shí)施例，該存儲(chǔ)器單元包括位于導(dǎo)電區(qū)和金屬區(qū)之間的隧穿區(qū)，其中隧穿區(qū)包括位于第一隧穿勢(shì)壘和第二隧穿勢(shì)壘之間的活性界面區(qū)。響應(yīng)于將存儲(chǔ)器單元編程至選定阻態(tài)的寫電流，利用來自金屬區(qū)和導(dǎo)電區(qū)兩者的離子遷移在活性界面區(qū)中形成高阻性薄膜。
文檔編號(hào)H01L45/00GK102473455SQ201080032408
公開日2012年5月23日 申請(qǐng)日期2010年7月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月13日
發(fā)明者B·穆拉里克利什南, J·印斯克, S·馬克斯, T·偉, V·文努戈帕蘭 申請(qǐng)人:希捷科技有限公司