具有非線性元件的切換器件的制作方法【專利摘要】一種切換器件，包括：襯底；形成在所述襯底上的第一電極；形成在所述第一電極上的第二電極；設(shè)置在所述第一與第二電極之間的切換介質(zhì)；以及設(shè)置在所述第一與第二電極之間的非線性元件，所述非線性元件串聯(lián)地電耦接至所述第一電極和所述切換介質(zhì)。所述非線性元件配置成在被施加大于閾值的電壓時從第一電阻狀態(tài)改變?yōu)榈诙娮锠顟B(tài)。【專利說明】具有非線性元件的切換器件【
技術(shù)領(lǐng)域：
】[0001]本發(fā)明涉及切換器件。更具體來說，本發(fā)明提供一種用于形成非易失性電阻型切換存儲器器件的結(jié)構(gòu)和方法，所述結(jié)構(gòu)和方法的特征在于抑制在低偏置下的電流并且具有高的經(jīng)測得的打開/關(guān)閉(0N/0FF)電阻比。【
背景技術(shù)：
】[0002]半導(dǎo)體器件的成功主要源自于高密度的晶體管微小化工藝。但是，隨著場效應(yīng)晶體管(FET)的大小開始小于lOOnm，開始出現(xiàn)諸如短溝道效應(yīng)的問題，妨礙了器件的正常操作。另外，此類亞IOOnm器件大小會導(dǎo)致亞閾值斜率沒有按比例縮放以及增大的功耗。通常認(rèn)為，諸如熟知的閃存存儲器的基于晶體管的存儲器可能會在十年內(nèi)達(dá)到規(guī)模的極限?？扉W存儲器是非易失性存儲器的一種類型。[0003]已經(jīng)在研發(fā)其他類型的非易失性隨機(jī)存取存儲器(RAM)器件來作為下一代存儲器器件，諸如鐵電型RAM(FeRAM)、磁阻型RAM(MRAM)、有機(jī)RAM(ORAM)以及相變RAM(PCRAM)等。這些器件經(jīng)常需要新材料和器件結(jié)構(gòu)來與基于硅的器件耦接以形成存儲器單元，但是這些材料和器件結(jié)構(gòu)缺乏一種或多種關(guān)鍵屬性。例如，F(xiàn)e-RAM和MRAM器件具有快速切換特性和良好的編程耐久性，但是它們的制造工藝并不是與CMOS兼容的并且大小通常較大。PCRAM器件的切換使用的是焦耳加熱，而這樣必然帶來高的功耗。有機(jī)RAM或ORAM與基于大體積硅的制造工藝不兼容，而且器件可靠性通常很差。[0004]隨著存儲器器件集成度提高，元件大小減小同時在給定區(qū)域中的元件密度提高。在這種情況下，暗電流或漏電流就不是簡單的問題了，其中，漏電流對于一個讀取操作會返回一個錯誤的結(jié)果，或者會導(dǎo)致在單元中的不希望的狀態(tài)改變。漏電流的問題在兩端器件(two-terminaldevices)中尤其嚴(yán)重,在所述兩端器件中多個存儲器單元會通過互連接的頂部電極和底部電極形成漏電路徑。[0005]用于抑制切換器件中的漏電流的常規(guī)方法包括將垂直二極管耦接至存儲器元件。但是，該外部二極管方法具有若干缺陷。一般來說，二極管制造工藝是高溫工藝，通常在高于500攝氏度的溫度下進(jìn)行。因?yàn)榇蠖鄶?shù)二極管依賴于P/N結(jié)，從而很難將二極管高度縮放為實(shí)現(xiàn)具有所要的縱橫比的存儲器和二極管結(jié)構(gòu)。最后，常規(guī)二極管僅與單極切換器件兼容，而不與雙路雙極器件兼容。因此，需要使高度集成的存儲器具有一種強(qiáng)健的且可縮放的方法和結(jié)構(gòu)，而不會受到漏電流的不良影響?！?br/>發(fā)明內(nèi)容】[0006]本發(fā)明大體涉及切換器件。更具體來說，本發(fā)明提供一種使用電阻型切換來形成非易失性存儲器單元的結(jié)構(gòu)和方法。應(yīng)認(rèn)識到，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例具有更加寬廣的應(yīng)用范圍。[0007]在一個特定實(shí)施例中，一種切換器件，包括:襯底；在該襯底上形成的第一電極；在該第一電極上形成的第二電極；在該第一與第二電極之間設(shè)置的切換介質(zhì)；以及在該第一與第二電極之間設(shè)置的非線性元件，該非線性元件串聯(lián)地電耦接至該第一電極和該切換介質(zhì)。該非線性元件被配置成在施加了大于閾值的電壓時從第一電阻狀態(tài)改變?yōu)榈诙娮锠顟B(tài)。[0008]在一實(shí)施例中，該切換器件包括RRAM。[0009]在一實(shí)施例中，該切換器件包括PCRAM。[0010]本發(fā)明較之于常規(guī)技術(shù)具有多種優(yōu)勢。例如，本發(fā)明的實(shí)施例能夠?qū)崿F(xiàn)一種高密度的非易失性存儲器，其具有高切換速度、低漏電流特性以及高的器件良率的特征。視實(shí)施例而定，可以達(dá)成上述特征中的一個或多個。在本說明書中的下文將更詳細(xì)描述這些和其他優(yōu)勢。【專利附圖】【附圖說明】[0011]下文將結(jié)合附圖來描述示例性實(shí)施例，其中相似的附圖標(biāo)記表示相似元件，其中:[0012]圖1所示為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的非易失性存儲器器件，其包括具有底部電極、切換介質(zhì)和頂部電極的存儲器單元；[0013]圖2所示為電阻型存儲器單元的1-V電阻切換特性；[0014]圖3A所示為兩端存儲器單元，通過將編程電壓Vptokam施加給頂部電極，其被置于打開狀態(tài)；[0015]圖3B所示為兩端存儲器單元，通過將擦除電壓Vekase施加給頂部電極，其被置于關(guān)閉狀態(tài)；[0016]圖4所示為含有漏電流的存儲器陣列；[0017]圖5所示為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的包括非線性元件的非易失性存儲器單元；[0018]圖6A所示為接受電壓掃描的數(shù)字非線性元件的1-V特性；[0019]圖6B所示為與接受正電壓掃描的初始處于關(guān)閉狀態(tài)的數(shù)字非線性元件相組合的開關(guān)的1-V特性；[0020]圖6C所示為與接受負(fù)電壓掃描的初始處于關(guān)閉狀態(tài)的數(shù)字非線性元件相組合的開關(guān)的1-V特性；[0021]圖6D所示為與接受正電壓掃描的初始處于打開狀態(tài)的數(shù)字非線性元件相組合的開關(guān)的1-V特性；[0022]圖6E所示為與接受負(fù)電壓掃描的初始處于打開狀態(tài)的數(shù)字非線性元件相組合的開關(guān)的1-V特性；[0023]圖7A所示為接受正電壓掃描的模擬非線性元件的1-V特性；[0024]圖7B所示為與接受正電壓掃描的初始處于關(guān)閉狀態(tài)的模擬非線性元件相組合的開關(guān)的1-V特性；[0025]圖7C所示為與接受負(fù)電壓掃描的初始處于關(guān)閉狀態(tài)的模擬非線性元件相組合的開關(guān)的1-V特性；[0026]圖7D所示為與接受正電壓掃描的初始處于打開狀態(tài)的模擬非線性元件相組合的開關(guān)的1-V特性；以及[0027]圖7E所示為與接受負(fù)電壓掃描的初始處于打開狀態(tài)的模擬非線性元件相組合的開關(guān)的1-V特性?！揪唧w實(shí)施方式】[0028]本發(fā)明大體涉及一種存儲器器件。更具體來說，本發(fā)明提供一種具有非線性元件的電阻型切換單元的結(jié)構(gòu)和方法。切換單元可用在電阻型隨機(jī)存取存儲器(RRAM)或任意高度集成器件中。應(yīng)認(rèn)識到，本發(fā)明的實(shí)施例可以具有更加寬廣的應(yīng)用范圍。盡管是參考特定實(shí)施例來描述本發(fā)明，但是這些實(shí)施例僅用于說明的目的，不應(yīng)被理解為限制性。[0029]RRAM通常是一種兩端器件，其中切換元件夾插在頂部電極與底部電極之間。通過將電壓施加給電極或者是施加電流通過該切換元件來改變該切換元件的電阻。電阻型切換可以是雙極或單極的。在雙極切換中，該切換元件的電阻的變化量取決于基于電流或電壓的所施加電信號的極性和幅度。在單極切換的情況下，該切換元件的電阻的改變僅取決于所施加的電壓或電流的幅度，并且通常是在該切換元件內(nèi)焦耳加熱的結(jié)果。本發(fā)明的實(shí)施例是針對使用雙極切換的兩端RRAM器件來解釋的，但是不限于此。如本文中所使用，術(shù)語“RRAM”或“電阻型存儲器單元”指代一種使用切換介質(zhì)的存儲器單元或存儲器器件，該切換介質(zhì)的電阻可以通過施加電信號來加以控制，而切換介質(zhì)的鐵電性、磁化和相位沒有改變。本發(fā)明不限于以RRAM來實(shí)施，例如，本發(fā)明可以使用相變RAM來實(shí)施。[0030]圖1所示為在非易失性存儲器器件(例如，半導(dǎo)體存儲器芯片)中的電阻型存儲器單元100。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該存儲器單元包括底部電極102、切換介質(zhì)104以及頂部電極106。切換介質(zhì)104表現(xiàn)出的電阻能夠通過使用恰當(dāng)?shù)目刂齐娐穪磉x擇性地設(shè)置成各種值以及重設(shè)。在本實(shí)施例中，存儲器單元100為兩端電阻型存儲器器件，例如RRAM。諸如“頂部”和“底部”的術(shù)語僅出于說明性的目的且不應(yīng)被理解為限制性。[0031]在本實(shí)施例中，存儲器單元100為基于非晶硅的電阻型存儲器單元，并且使用非晶娃(a_Si)來作為切換介質(zhì)104。隨著切換介質(zhì)104內(nèi)的導(dǎo)電絲(conductivefilament)由于施加給電極的電壓而形成或去除(retrieval),切換介質(zhì)104的電阻發(fā)生改變。在一個實(shí)施例中，切換介質(zhì)104基本上不含雜質(zhì)。在另一個實(shí)施例中，切換介質(zhì)104為摻雜了硼的a-Si。頂部電極106為含有銀(Ag)的導(dǎo)電層，并且在a-Si結(jié)構(gòu)中充當(dāng)形成離子的導(dǎo)電絲的來源。盡管在本實(shí)施例中使用銀，但是應(yīng)理解，頂部電極106可以形成自各種其他適宜金屬，諸如金(Au)、鎳(Ni)、鋁(Al)、鉻(Cr)、鐵(Fe)、錳(Mn)、鎢(W)、釩(V)和鈷(Co)。在某些實(shí)施例中，底部電極102為純金屬、摻雜了硼的電極，或其他P型多晶硅或硅-鍺，并與a-Si結(jié)構(gòu)的下端面相接觸。在一個實(shí)施例中，存儲器單元100被配置成例如通過調(diào)整外部電路電阻來存儲多于一個位的信息，如在2009年10月9日申請的題為“電阻可調(diào)的基于硅的納米級電阻型器件”(Silicon-BasedNanoscaleResistiveDevicewithAdjustableResistance)的申請案N0.12/575,921中所解釋的那樣，該案以引用的方式全文合并于此。[0032]圖2所示為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的存儲器單元100的電阻切換特性。切換介質(zhì)104顯示出雙極切換效應(yīng)。切換介質(zhì)104的電阻的變化取決于經(jīng)由頂部電極106和底部電極102施加給切換介質(zhì)104的電壓信號的極性和幅度。當(dāng)施加一個等于或大于閾值編程電壓(也被稱作“編程電壓”)Vpeogeam的正電壓時，存儲器單元100改變成打開狀態(tài)(低電阻狀態(tài))。在一個實(shí)施例中，視用于切換介質(zhì)104和頂部電極106的材料而定,該編程電壓處于I伏特至5伏特的范圍中。在另一個實(shí)施例中，該編程電壓處于I伏特至3伏特的范圍中。當(dāng)施加一個等于或大于閾值擦除電壓(也被稱作“擦除電壓”)VEKASE的負(fù)電壓時，存儲器單元100被切換回到關(guān)閉狀態(tài)(高電阻狀態(tài))。在一個實(shí)施例中，該擦除電壓處于-2伏特至-5伏特的范圍中。如果所施加的電壓介于兩個閾值電壓Vpkkeam與Veease之間，則單元的狀態(tài)不受影響，會啟用低電壓讀取過程。一旦存儲器單元100被設(shè)置為特定的電阻狀態(tài)，即使失去電力供應(yīng)，存儲器單元100還能將信息保留一定時期(或保留時間)。[0033]圖2所示為通過非整流存儲器單元100的切換操作的電流-電壓(1-V)關(guān)系。當(dāng)施加給頂部電極106的電位相對于底部電極102為正電位時，電流從頂部電流106流向底部電極102。反之，如果施加給頂部電極106的電位相對于底部電極102為負(fù)電位，電流朝相反方向流動。[0034]圖3A和圖3B所示為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的存儲器單元100在打開和關(guān)閉狀態(tài)期間的切換機(jī)制。切換介質(zhì)104的切換原理是基于在施加給存儲器單元100的底部電極102和頂部電極106的編程電壓和擦除電壓的作用下，在切換介質(zhì)104的導(dǎo)電絲區(qū)域中的一個或多個導(dǎo)電絲的形成和去除。[0035]圖3A所示為通過將編程電壓Vpkmeam施加給頂部電極106而置于打開狀態(tài)的存儲器單元100。由a-Si制成的切換介質(zhì)104被設(shè)置在底部電極102與頂部電極106之間。切換介質(zhì)104的上部部分包括從頂部電極延伸到高出底部電極102大約IOnm處的金屬化區(qū)域(或?qū)щ娐窂?102。在將略大于稍后的切換電壓的電壓(例如，3?5V)施加給頂部電極106的電鑄工藝期間，形成金屬化區(qū)域302。這樣的大電壓導(dǎo)致電場誘發(fā)金屬離子從頂部電極106朝向底部電極102擴(kuò)散，從而形成連續(xù)導(dǎo)電路徑312。切換介質(zhì)104的下部部分限定出導(dǎo)電絲區(qū)域304，其中在電鑄工藝之后施加編程電壓Vpkmeam時形成導(dǎo)電絲310。連續(xù)導(dǎo)電路徑312和導(dǎo)電絲310也可以在電鑄工藝一起形成。導(dǎo)電絲310包括一系列金屬粒子，當(dāng)所施加的編程電壓Vpkkeam提供足夠的活化能將大量的金屬粒子從金屬化區(qū)域302朝向底部電極102推動時，這些金屬粒子被捕集在切換介質(zhì)104的下部部分中的缺位處。[0036]人們認(rèn)為導(dǎo)電絲310包括金屬粒子的集合，這些金屬粒子通過非導(dǎo)電切換介質(zhì)104彼此分離并且沒有定義連續(xù)導(dǎo)電路徑，因而與金屬化區(qū)域302中的連續(xù)導(dǎo)電路徑312不同。導(dǎo)電絲310延伸約2?10nm，這視實(shí)施方案而定。在打開狀態(tài)下的導(dǎo)電機(jī)制為電子穿隧通過導(dǎo)電絲310中的金屬粒子。單元電阻主要是金屬粒子306與底部電極102之間的穿隧電阻。金屬粒子306是在導(dǎo)電絲區(qū)域304中最接近底部電極102的金屬粒子，同時也是在打開狀態(tài)下在導(dǎo)電絲區(qū)域304中的最后一個金屬粒子。[0037]圖3B所示為通過將擦除電壓Veease施加給頂部電極106而置于關(guān)閉狀態(tài)的存儲器單元100。該擦除電壓施加足夠的電磁力以逐出被捕集在a-Si的缺位中的金屬粒子，并從導(dǎo)電絲區(qū)域304恢復(fù)導(dǎo)電絲310的至少一部分。在關(guān)閉狀態(tài)下最接近底部電極102的金屬粒子308與底部電極102分開一段距尚，該距尚大于在打開狀態(tài)下金屬粒子306與底部電極102的距離。在金屬粒子308與底部電極102之間的增加的距離將存儲器單元100置于相對于打開狀態(tài)的高電阻狀態(tài)中。在一個實(shí)施例中，在打開/關(guān)閉狀態(tài)之間的電阻比處于從10E3到10E7的范圍中。存儲器單元100在打開狀態(tài)下的行為像電阻器而在關(guān)閉狀態(tài)下的行為像電容器(也就是說，切換介質(zhì)104在關(guān)閉狀態(tài)下不能傳導(dǎo)任何有意義的電流，其行為像是介電質(zhì))。在一項(xiàng)實(shí)施方案中，其電阻在打開狀態(tài)下為10E5歐姆而在關(guān)閉狀態(tài)下為10E10歐姆。在另一項(xiàng)實(shí)施方案中，其電阻在打開狀態(tài)下為10E4歐姆而在關(guān)閉狀態(tài)下為10E9歐姆。在又一項(xiàng)實(shí)施方案中，其電阻在關(guān)閉狀態(tài)下至少為10E7歐姆。[0038]圖4所示為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的處于交叉型配置的陣列400中的一部分，在該交叉型配置中，頂部電極和底部電極以正交方式布置。此類交叉型結(jié)構(gòu)的陣列包括多個平行頂部電極和多個平行底部電極，其中切換元件設(shè)置在頂部電極與底部電極的相交區(qū)域之間。在此類配置中可能會存在某些限制，下文將會對此描述。[0039]圖中示出四個存儲器單元402、404、406和408。存儲器單元404和406共用一個共同的第一頂部電極410，而存儲器單元402和408共用一個共同的第二頂部電極418。第一頂部電極410和第二頂部電極418被布置成彼此平行。存儲器單元402和404共用一個共同的第一底部電極412而存儲器單元406和408共用一個共同的第二底部電極420。第一底部電極412和第二底部電極420在空間上布置成彼此平行。此外，各個頂部電極配置成與各個底部電極不平行。[0040]為了確定具有高電阻狀態(tài)的目標(biāo)單元的狀態(tài)，施加電壓并測量流過該目標(biāo)單元的電流。如果交叉型陣列中的一些單元處于低電阻狀態(tài)，那么施加給目標(biāo)單元的電壓會導(dǎo)致漏電流流過非目標(biāo)單元來替代。在這種情況下，導(dǎo)致泄露的各個單元(包括目標(biāo)單元在內(nèi))通過共用的電極相互連接。該漏電流能夠通過這些非目標(biāo)單元形成電流路徑，常稱為潛行電流或潛行電流路徑。此類潛行電流會導(dǎo)致切換陣列中的非期望行為。[0041]例如，在示例性陣列中，單元402、404和406處于低電阻打開狀態(tài)，而單元408處于高電阻關(guān)閉狀態(tài)。因?yàn)榇蜷_狀態(tài)的特征為低電阻，所以可以形成潛行路徑416，使得有電流流過單元402、404和406。因而，當(dāng)將讀取電壓施加給目標(biāo)單元408時，沿潛行路徑416流動的漏電流可能會導(dǎo)致打開狀態(tài)結(jié)果的錯誤讀取。[0042]在一些實(shí)施例中，潛行路徑可以非常短，僅存在于少至兩個正向偏置的單元和一個反向偏置的單元中。此外，一旦開始進(jìn)行，潛行路徑可以通過打開狀態(tài)下的單元遍及整個陣列來傳播。在切換陣列中的最常見的導(dǎo)電路徑為共用的頂部和底部電極。潛行路徑416僅僅是使漏電流通過陣列的潛行路徑的一個實(shí)例。[0043]為了減輕在切換陣列中由于漏電流所導(dǎo)致的問題，可以在電阻型切換器件中包括非線性元件(NLE)。NLE一般可以分成兩種類型:表現(xiàn)出類數(shù)字行為的NLE，即“數(shù)字NLE”；以及表現(xiàn)出類模擬行為的NLE，即“模擬NLE”，對于這兩種類型下文將分別加以描述。數(shù)字行為和模擬行為的類型并非嚴(yán)格定義的，因此對于特定的NLE可以具有特征為數(shù)字行為和模擬行為兩種特性，或者是介于這兩者之間的某種行為特性。在其最基本的形式中，NLE是對于電壓具有非線性響應(yīng)(例如，具有非線性1-V關(guān)系)的元件。在大多數(shù)實(shí)施例中，該關(guān)系的特征為在低幅度電壓下的高電阻狀態(tài)以及在高幅度電壓下的低電阻狀態(tài)，其中從高電阻狀態(tài)到低電阻狀態(tài)的轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷€性的。與切換介質(zhì)不同，NLE不具有存儲器特性，當(dāng)電壓不再施加時NLE便返回到最初狀態(tài)。適宜于抑制漏電流的NLE的特征為低偏置下的高電阻狀態(tài)以及高偏置下的低電阻狀態(tài)，以及在這兩個狀態(tài)之間的閾值。[0044]在一個實(shí)施例中，NLE為兩端器件,其表現(xiàn)出明顯的閾值效應(yīng),使得在低于第一電壓的電壓下所測得的電阻顯著高于在高于第二電壓的電壓下所測得的電阻。在一個典型實(shí)施例中，在低于第一電壓的電壓下的電阻是在高于第二電壓的電壓下的電阻是100多倍。在一些實(shí)施例中，第一電壓和第二電壓是不同的，并且通常分別稱作保持電壓VmD和閾值電壓VTH。在其他實(shí)施例中，第一電壓和第二電壓可以相同。在各個實(shí)施例中，這些關(guān)系可以存在于電壓的兩極中，或僅存在于一個極中，并且該NLE可以是單一材料或者是由不同材料構(gòu)成的多層。[0045]如圖5所示，為了減輕在存儲器單元500中的漏電流的效應(yīng)，NLE504串聯(lián)電連接至頂部電極508、底部電極502以及切換介質(zhì)506。NLE504可以設(shè)置在底部電極502與切換介質(zhì)506之間。在其他實(shí)施例中，該NLE設(shè)置在頂部電極508與切換介質(zhì)506之間。在各種半導(dǎo)體工藝期間，半導(dǎo)體器件的下部部分可能會經(jīng)受高溫，從而位于堆疊結(jié)構(gòu)下部的NLE可以設(shè)計(jì)成比離襯底較遠(yuǎn)的NLE更能承受高溫。[0046]數(shù)字NLE的行為的特征為在某些電壓下的電流的急劇變化，這些電壓可以被稱作閾值電壓。圖6A中示出此類行為，其展示了在一個實(shí)施例中關(guān)于未耦接到電阻型切換器件的NLE上的電流的電壓掃描的結(jié)果。由于將正偏置電壓施加給該NLE，所以該NLE處于以高電阻為特征的電阻狀態(tài)，直到其達(dá)到閾值電壓VTH1。在達(dá)到該閾值之后，該NLE將保持其導(dǎo)電狀態(tài)，直到所施加的電壓下降到保持電壓VH_以下。因而，由于被施加高于Vthi的電壓而處于導(dǎo)電狀態(tài)的NLE將繼續(xù)具有低電阻，只要將高于￥11_1的電壓供應(yīng)給該NLE即可，一旦停止該供應(yīng)，該NLE會回到其最初的高電阻狀態(tài)。NLE不具有存儲特性，每次自最初狀態(tài)起施加電壓時，均會經(jīng)歷相同的ι-v關(guān)系。[0047]再次參看圖6A，當(dāng)施加比閾值電壓Vth2更負(fù)的負(fù)偏置電壓時，會經(jīng)歷急劇的轉(zhuǎn)變，NLE中的電阻會顯著減小。該NLE會保持其低電阻狀態(tài)直到該電壓變得沒有比值Vmil2更負(fù)為止，在該點(diǎn)處，該NLE將回到其最初的高電阻狀態(tài)。盡管在圖6A中所示的實(shí)施例中在正偏置表現(xiàn)與負(fù)偏置表現(xiàn)之間是對稱的ι-v行為，但是在其他實(shí)施例中該關(guān)系并非是對稱的。[0048]圖6B至圖6E所示為NLE(在此情況中為數(shù)字NLE)耦接至存儲器單元(“組合器件”)的實(shí)施例中的1-V關(guān)系。存儲器單元500為此類組合器件的實(shí)例。如果在諸圖中所示的存儲器單元并未耦接至該NLE，那么它將具有圖2所述的1-V響應(yīng)。轉(zhuǎn)到圖6B，示出了顯示將單元從初始關(guān)閉狀態(tài)切換到打開狀態(tài)的編程操作的1-V曲線。為了在單元中建立導(dǎo)電打開狀態(tài)，施加高于VpK(X;KMC;的電壓。νρΚχ；ΚΑΚ為用于組合器件的編程電壓,其將該組合器件從關(guān)閉狀態(tài)切換到打開狀態(tài)。Vmio為組合器件的保持電壓，其基本上以與上述Vmill相同的方式來操作。在一個優(yōu)選實(shí)施例中，Vholdi低于Vthi,而Vthi低于VPffiX；EAM。[0049]在存儲器單元、NLE與組合器件中的1-V特性之間的關(guān)系也可以用方程式來表示。這些方程式假定該NLE和該切換介質(zhì)兩者在經(jīng)受閾值電壓時即刻切換(例如，幾納秒至幾百納秒)。除了上文給出的定義以外，還設(shè)計(jì)出以下變量:[0050]Rmqff=存儲器元件的關(guān)閉狀態(tài)電阻[0051]Rm=存儲器元件的打開狀態(tài)電阻[0052]Rnoff=NLE的關(guān)閉狀態(tài)電阻[0053]Rnon=NLE的打開狀態(tài)電阻[0054]使用這些變量，在組合器件的保持電壓與NLE的保持電壓之間的關(guān)系可以表達(dá)為:[0055]y—gf.ari=一腳輝綱[0056]關(guān)于組合器件的編程電壓的值可以表達(dá)為:[0057]【權(quán)利要求】1.一種切換器件，包括:襯底；形成在所述襯底上的第一電極；形成在所述第一電極上的第二電極；設(shè)置在所述第一電極與所述第二電極之間的切換介質(zhì)；以及設(shè)置在所述第一電極與所述第二電極之間的非線性元件，所述非線性元件串聯(lián)地電耦接至所述第一電極和所述切換介質(zhì)，所述非線性元件配置成在被施加大于閾值電壓的電壓時從第一電阻狀態(tài)改變?yōu)榈诙娮锠顟B(tài)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中，所述切換器件包括兩端存儲器單元。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的器件，其中，所述兩端存儲器單元為RRAM。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中，所述非線性元件的所述第一電阻狀態(tài)與所述第二電阻狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)變?yōu)榧眲〉念悢?shù)字狀態(tài)改變。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中，所述第一電極或所述第二電極包含銀。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中所述非線性元件為穿通二極管、齊納二極管，或穿隧阻擋層。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中，所述非線性元件的所述第一電阻狀態(tài)與所述第二電阻狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)變的特征為在電流與電壓之間的指數(shù)關(guān)系。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中，所述切換器件包括PCRAM。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中，所述切換介質(zhì)包含非晶硅。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中，所述非線性元件是￥02膜、易失性電阻型切換器件以及擊穿元件中的一種。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中，所述第一電阻狀態(tài)下的電阻是所述第二電阻狀態(tài)下的電阻的至少100倍。【文檔編號】H01L27/115GK103582947SQ201280027066【公開日】2014年2月12日申請日期:2012年5月31日優(yōu)先權(quán)日:2011年5月31日【發(fā)明者】盧偉,趙星賢申請人:科洛斯巴股份有限公司