非線(xiàn)性憶阻器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】非線(xiàn)性憶阻器，包括底電極、頂電極和在所述底電極和所述頂電極之間的絕緣體層。所述絕緣體層包括金屬氧化物。所述非線(xiàn)性憶阻器進(jìn)一步包括由所述底電極向所述頂電極延伸的在所述絕緣體層內(nèi)的切換通道和在所述切換通道和所述頂電極之間的金屬-絕緣體-過(guò)渡材料的納米帽層。所述頂電極包括與所述金屬-絕緣體-過(guò)渡材料中的金屬相同的金屬。
【專(zhuān)利說(shuō)明】非線(xiàn)性憶阻器
[0001]政府聲明
[0002]本申請(qǐng)?jiān)谡С窒峦瓿?。政府?duì)本申請(qǐng)具有一定權(quán)利。

【背景技術(shù)】
[0003]電子設(shè)備的持續(xù)發(fā)展趨勢(shì)為使設(shè)備尺寸最小化。盡管當(dāng)前階段的商業(yè)微電子是基于亞微米設(shè)計(jì)規(guī)則，但重要研究和開(kāi)發(fā)力度是針對(duì)探索納米級(jí)的設(shè)備，設(shè)備尺寸通常以納米或數(shù)十納米測(cè)量。除了與微米級(jí)設(shè)備相比顯著減小的單個(gè)設(shè)備尺寸以及高得多的組裝密度，由于納米級(jí)的物理現(xiàn)象(無(wú)法在微米級(jí)上觀(guān)察到)，納米級(jí)設(shè)備還可提供新的功能。
[0004]例如，最近報(bào)導(dǎo)了納米級(jí)設(shè)備中使用氧化鈦?zhàn)鳛榍袚Q材料的電子開(kāi)關(guān)。已將該設(shè)備的電阻開(kāi)關(guān)特性與L.0.Chua在1971年最初預(yù)測(cè)的憶阻器電路元件理論聯(lián)系在一起。納米級(jí)開(kāi)關(guān)中的憶阻特性的發(fā)現(xiàn)已產(chǎn)生重大影響，并且存在實(shí)質(zhì)的繼續(xù)研究努力以進(jìn)一步開(kāi)發(fā)這種納米級(jí)開(kāi)關(guān)并且以各種應(yīng)用使之實(shí)施。眾多重要的潛在應(yīng)用之一是使用這種開(kāi)關(guān)設(shè)備作為記憶單元以存儲(chǔ)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。
[0005]為了與CMOS FLASH存儲(chǔ)器競(jìng)爭(zhēng)，出現(xiàn)的電阻開(kāi)關(guān)需要具有超過(guò)至少數(shù)百萬(wàn)的開(kāi)關(guān)循環(huán)的開(kāi)關(guān)耐久性。設(shè)備內(nèi)部的可靠的切換通道可顯著改善這些開(kāi)關(guān)的耐久性。正在探索不同的切換材料系統(tǒng)以獲得具有諸如高速、高耐久性、長(zhǎng)保持力、低能量和低成本的理想電子性能的憶阻器。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0006]圖1A至IC各自為側(cè)視圖，描繪了基于本文公開(kāi)的原理的憶阻器設(shè)備的一個(gè)實(shí)施例。
[0007]圖2A為根據(jù)本文公開(kāi)的原理在電流(以A計(jì))和設(shè)備電壓(以V計(jì))的坐標(biāo)上的Pt/TaOx/納米帽V02/V系統(tǒng)的切換電流/電壓回路的圖。
[0008]圖2B為根據(jù)本文公開(kāi)的原理在電流(以A計(jì))和設(shè)備電壓(以V計(jì))的坐標(biāo)上的Pt/TaOx/納米帽V02/V系統(tǒng)的切換電流/電壓回路的圖。
[0009]圖3A為根據(jù)本文公開(kāi)的原理在電流(以A計(jì))和設(shè)備電壓(以V計(jì))的坐標(biāo)上的Pt/TaOx/納米帽Nb02/Nb系統(tǒng)的切換電流/電壓回路的圖。
[0010]圖3B為根據(jù)本文公開(kāi)的原理在電流(以A計(jì))和設(shè)備電壓(以V計(jì))的坐標(biāo)上的Pt/TaOx/納米帽Nb02/Nb系統(tǒng)的切換電流/電壓回路的圖。
[0011]圖4描繪了根據(jù)本文公開(kāi)的原理形成非線(xiàn)性憶阻器的實(shí)施例方法的流程圖。
[0012]圖5為根據(jù)本文公開(kāi)的原理的裝有非線(xiàn)性電子設(shè)備的交叉納米線(xiàn)結(jié)構(gòu)的等距視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0013]現(xiàn)詳細(xì)參考公開(kāi)的非線(xiàn)性憶阻器的具體實(shí)施例和用于制造公開(kāi)的非線(xiàn)性憶阻器的方法的具體實(shí)施例。當(dāng)可應(yīng)用時(shí)，還簡(jiǎn)要描述可替代的實(shí)施例。
[0014]非線(xiàn)性電子設(shè)備不呈現(xiàn)線(xiàn)性電流/電壓(I/V)關(guān)系。非線(xiàn)性電子設(shè)備的實(shí)施例包括二極管、晶體管、一些半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)以及例如憶阻器的其它設(shè)備。非線(xiàn)性電子設(shè)備可廣泛用于各種應(yīng)用，包括放大器、振蕩器、信號(hào)/功率調(diào)節(jié)、運(yùn)算、存儲(chǔ)和其它應(yīng)用。
[0015]然而，盡管憶阻器在高阻態(tài)通?？沙尸F(xiàn)非線(xiàn)性，但它們?cè)诘妥钁B(tài)的線(xiàn)性I/V特性可限制其應(yīng)用，例如在大的無(wú)源交叉桿陣列中。
[0016]除非另作說(shuō)明，如本文的說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求中所使用的，單數(shù)形式“一個(gè)(a) ”、“一個(gè)(an) ”和“所述(the) ”包括復(fù)數(shù)指代。
[0017]如說(shuō)明書(shū)和所附權(quán)利要求中所使用的，“大約”和“約”是指由例如制造過(guò)程中的變化引起的±10%的偏差。
[0018]在以下的詳細(xì)描述中，參考本公開(kāi)的附圖，【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】了可實(shí)現(xiàn)本公開(kāi)的具體的實(shí)施例?？梢远喾N不同方位布置實(shí)施例的組件，并且在涉及組件的方位中使用的任何方向術(shù)語(yǔ)是為了說(shuō)明的目的而使用而絕不為限制。方向術(shù)語(yǔ)包括例如“頂部”、“底部”、“前面”、“后面”、“前列”、“尾部”等的詞。
[0019]應(yīng)理解的是存在可實(shí)現(xiàn)本公開(kāi)的其它實(shí)施例，并且可做出結(jié)構(gòu)或邏輯的改變而不背離本公開(kāi)的范圍。因此，以下詳細(xì)的描述不是限制意義上做出的。相反，由所附的權(quán)利要求限制本公開(kāi)的范圍。
[0020]憶阻器是可在寬范圍的電子電路(例如存儲(chǔ)器、開(kāi)關(guān)以及邏輯電路和系統(tǒng))中用作組件的納米級(jí)設(shè)備。在存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)中，可使用憶阻器的交叉桿。當(dāng)用作存儲(chǔ)器的基礎(chǔ)時(shí)，可使用憶阻器存儲(chǔ)一些信息，I或O。當(dāng)用作邏輯電路時(shí)，憶阻器可用作類(lèi)似于現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(Field Programmable Gate Array,FPGA)的邏輯電路中的結(jié)構(gòu)位和開(kāi)關(guān)，或可為布線(xiàn)邏輯的可編程邏輯陣列(Progra_able Logic Array, P LA)的基礎(chǔ)。
[0021]當(dāng)用作開(kāi)關(guān)時(shí)，憶阻器在交叉點(diǎn)存儲(chǔ)器中可為關(guān)閉的或打開(kāi)的開(kāi)關(guān)。在過(guò)去幾年期間，研究人員在尋找使這些憶阻器性能的開(kāi)關(guān)功能有效運(yùn)行的方法上已取得了很大進(jìn)展。例如，已證實(shí)了氧化鉭(TaOx)類(lèi)憶阻器具有比其它能夠電子轉(zhuǎn)換的納米級(jí)設(shè)備更好的耐久性。在實(shí)驗(yàn)室設(shè)置中，氧化鉭類(lèi)憶阻器能夠進(jìn)行超過(guò)100億次開(kāi)關(guān)循環(huán)，而其它憶阻器，例如氧化鎢(WOx)或氧化鈦(T1x)類(lèi)憶阻器，可能需要精細(xì)的反饋機(jī)制以避免過(guò)驅(qū)動(dòng)(over-driving)設(shè)備或者用更強(qiáng)的電壓脈沖給設(shè)備充電的額外步驟以獲得在I千萬(wàn)次開(kāi)關(guān)循環(huán)的范圍內(nèi)的耐久性。
[0022]憶阻器設(shè)備通常可包括插入絕緣體層的兩個(gè)電極?？稍趦蓚€(gè)電極之間的絕緣體層中形成一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電通道，該導(dǎo)電通道能夠在兩種狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換，一種狀態(tài)中，導(dǎo)電通道形成在兩個(gè)電極之間的導(dǎo)電路徑(“接通(0N)”)，另一種狀態(tài)中導(dǎo)電通道不形成在兩個(gè)電極之間的導(dǎo)電路徑(“關(guān)斷(OFF)”)。
[0023]根據(jù)本文的教導(dǎo)，提供了非線(xiàn)性憶阻器。在圖1A至IC中描述了設(shè)備的實(shí)施例。如三張圖中各自所示，設(shè)備100包括底電極或第一電極102、絕緣體層104和頂電極或第二電極 106。
[0024]所述設(shè)備進(jìn)一步包括在絕緣體層104內(nèi)并且從底電極102向頂電極106延伸的切換通道108。切換通道108與底電極102形成轉(zhuǎn)換界面110。雖然顯示了一個(gè)切換通道108，但是可能存在多于I個(gè)的切換通道，盡管即使在一個(gè)時(shí)間點(diǎn)上，通常一個(gè)通道支配該開(kāi)關(guān)。
[0025]切換通道108不接觸頂電極106，而是突然停止，留下一塊區(qū)域。如圖1A所示，在切換通道108的頂部和頂電極106之間的區(qū)域被金屬-絕緣體-過(guò)渡材料的納米帽層112所占據(jù)。發(fā)現(xiàn)頂電極106與納米帽層112和絕緣體層104接觸，絕緣體層104包圍納米帽層104和切換通道108。
[0026]在納米帽層112的形成中，沿著114所表示的生長(zhǎng)前沿而生長(zhǎng)，從頂電極106進(jìn)入導(dǎo)電通道108。納米帽112的生長(zhǎng)可受到自頂電極106的金屬(陽(yáng)離子)通過(guò)納米帽層的擴(kuò)散所限制。
[0027]圖1B描述了納米帽層112的形成的另一個(gè)實(shí)施例。在該實(shí)施例中，導(dǎo)電通道108從底電極102向頂電極106延伸，并且通過(guò)氧從導(dǎo)電通道擴(kuò)散進(jìn)入頂電極，而沿著生長(zhǎng)前沿114’形成納米帽層112。在該實(shí)施例中，納米帽層112的生長(zhǎng)可受到氧(陰離子)通過(guò)納米帽層的擴(kuò)散的限制。
[0028]圖1C描述了納米帽層112的形成的又一個(gè)實(shí)施例。在該實(shí)施例中，導(dǎo)電通道112實(shí)質(zhì)上是圖1A和圖1B描述的生長(zhǎng)機(jī)制的結(jié)合，金屬(陽(yáng)離子)和氧分別沿著生長(zhǎng)前沿114a和114b，其中金屬?gòu)捻旊姌O106擴(kuò)散進(jìn)入導(dǎo)電通道108，并且氧從導(dǎo)電通道擴(kuò)散進(jìn)入頂電極。金屬和氧均在它們自身的化學(xué)勢(shì)梯度下擴(kuò)散?？尚纬伞澳⒐叫巍苯Y(jié)構(gòu)。
[0029]用于底電極的電極材料的實(shí)例可包括，但不限于，鉬(Pt)、鋁(Al)、銅(Cu)、金(Au)、鑰(Mo)、銀(Nb)、鈀(Pd)、釕(Ru)、氧化釕(RuO2)、銀(Ag)、鉭(Ta)、氮化鉭(TaN)、氮化鈦(TiN)、鎢(W)和氮化鎢(WN)。
[0030]可使用通常用于憶阻器設(shè)備的任何金屬氧化物作為絕緣體層104。在一些實(shí)例中，絕緣體層104可包括過(guò)渡金屬氧化物,例如氧化鉭、氧化鈦、氧化釔、氧化鉿、氧化錯(cuò)或其它類(lèi)似氧化物，或者可包括金屬氧化物，例如氧化鋁、氧化鈣、氧化鎂或其它類(lèi)似氧化物。在一些其它實(shí)施例中，絕緣體層104的材料可為三元氧化物、四元氧化物或其它復(fù)合氧化物，例如鈦酸鍶氧化物(STO)或鈣錳鐠氧化物(PCMO)。
[0031]在一些實(shí)例中，絕緣體層104可為T(mén)aOx，其中X在約2至2.5的范圍。在其它實(shí)例中，絕緣體層可為HfOx，其中y在約1.5至2的范圍。這些氧化物(TaOx和HfOx)均呈現(xiàn)優(yōu)異的電子性能。
[0032]切換通道108可為被氧過(guò)飽和的相。然而，它是比絕緣氧化物層具有更少氧的相。
[0033]例如，如果絕緣體層104為T(mén)aOx，那么切換通道108可包括具有過(guò)飽和氧的金屬相(鉭)，表示為T(mén)a(O)。對(duì)于通式TaOy，y小于2。類(lèi)似地，如果絕緣體層104為HfOx，那么切換通道108可包括具有過(guò)飽和氧的金屬相(鉿)，表示為Hf (O)。對(duì)于通式HfOy，y小于1.5。
[0034]例如，可通過(guò)電子方法形成過(guò)飽和氧相。在TaOx絕緣相的情況中，當(dāng)施加電壓時(shí)，發(fā)生相分離，形成含有絕緣金屬氧化物的相(接近于TaO2J和含有被氧過(guò)飽和的金屬(這里為鉭)的相。實(shí)質(zhì)上，發(fā)生了從絕緣Ta0x(2〈x〈2.5)的相分解，所述絕緣TaOx為溶液中有過(guò)飽和氧的鉭氧固溶體。對(duì)于HfO2相也是同樣的考慮。
[0035]納米帽層112的MIT材料可為在切換時(shí)刻盡可能導(dǎo)電的金屬的高階氧化物；8卩，金屬氧化物在高溫(T)下導(dǎo)電；換句話(huà)說(shuō)，用溫度來(lái)控制切換電流以在高溫下使所述氧化物導(dǎo)電。證實(shí)這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的氧化物的合適的實(shí)例包括Ti305、Ti203、V02和Nb02。高階氧化物的意思是所述相包括盡可能多的氧。有兩個(gè)相互競(jìng)爭(zhēng)的方面:期望具有盡可能多的氧，但是又要在高溫下盡可能導(dǎo)電(通過(guò)焦耳加熱使導(dǎo)電通道被加熱到達(dá)的溫度)，然而低氧導(dǎo)致高導(dǎo)電率。因此，具有比V2O5少的氧的VO2和具有比Nb2O5少的氧的NbO2都滿(mǎn)足兩個(gè)條件。
[0036]通過(guò)并入納米帽結(jié)構(gòu)改善了無(wú)源交叉桿應(yīng)用的非線(xiàn)性電流/電壓關(guān)系，所述納米帽結(jié)構(gòu)使用金屬/絕緣體/過(guò)渡材料(MIT)。具體地，納米帽層112可具有VO2或NbO2的組合物。其它適合的氧化物的實(shí)施例包括，但不限于，Ti2OJPTi3O515納米帽層的厚度可小于lnm。在其它實(shí)例中，納米帽層112的厚度可為絕緣層104的厚度的一半，或約2至50nm。
[0037]頂電極可為與納米帽層所包括的金屬氧化物相同的金屬。因此，例如，對(duì)于VO2納米帽層，頂電極可為V，并且對(duì)于NbO2納米帽層，頂電極可為Nb。對(duì)于其它氧化物，例如Ti2O3，頂電極將是該氧化物的金屬，在該情況中為T(mén)i或Ti低值氧化物，例如T1等。
[0038]金屬-絕緣體過(guò)渡是從金屬(具有良好的電荷電導(dǎo)率的材料)到絕緣體(電荷的電導(dǎo)率被很快抑制的材料)的過(guò)渡?？赏ㄟ^(guò)調(diào)整例如溫度或壓力的不同環(huán)境參數(shù)完成這些過(guò)渡。例如，在乂02或他02的情況中，較低的溫度態(tài)是絕緣的而較高的溫度態(tài)是導(dǎo)電的。對(duì)于MIT材料的非線(xiàn)性性能，參見(jiàn)例如Alexander Pergament等的“Switching Effectsin Oxides of Vanadium, Nickel and Zinc”，Journal of Internat1nal ResearchPublicat1ns!Materials Methods&Technologies, Vol.2, pp.17-28(2007)。
[0039]不受任何具體理論限制，發(fā)現(xiàn)納米帽層112的MIT材料的非線(xiàn)性有助于通過(guò)電流控制的負(fù)微分電阻的在低阻態(tài)的憶阻器100的不對(duì)稱(chēng)(非線(xiàn)性)I/V性能。具有小于10nm或小于60nm或小于20nm或小于10納米或小于5納米的寬度的小切換通道108與沿著圍繞所述通道的絕對(duì)絕緣的材料一起有助于低切換電流，而低切換電流導(dǎo)致低的轉(zhuǎn)換能量(通常為皮焦或更小)
[0040]圖4描述了制備本文描述的非線(xiàn)性憶阻器的方法400。405提供底電極102。410在底電極102上形成絕緣層104。415在絕緣層104上形成頂電極106。420在絕緣體層104中形成切換通道108以接觸底電極102并且基本上同時(shí)在切換通道的頂部上形成納米帽層112以接觸頂電極106。
[0041]405通過(guò)用于形成金屬電極的任何常用方法提供底電極102。實(shí)例包括，但不限于，濺射、蒸發(fā)、ALD(原子層沉積)、共沉積、化學(xué)氣相沉積、IBAD(離子束輔助沉積)或任何其它膜沉積技術(shù)。第一電極102的厚度可在約1nm至數(shù)微米的范圍內(nèi)。
[0042]410通過(guò)用于形成絕緣金屬氧化物層的任何常用方法形成絕緣層104。實(shí)例包括，但不限于，濺射沉積、原子層沉積、化學(xué)氣相沉積、蒸發(fā)、共濺射(例如，使用兩種金屬氧化物靶)或其它這樣的方法。絕緣層104的厚度可為約3至100nm。
[0043]415通過(guò)用于形成金屬電極的任何常用方法形成頂電極106，包括用于形成底電極102的上述那些的任一種。頂電極106的厚度可在約1nm至數(shù)微米的范圍。
[0044]420切換通道108和納米帽層112的形成可以許多方法進(jìn)行。一個(gè)合適的方法的實(shí)例包括常用于在憶阻器中形成切換通道的電鑄方法，即用有限電流的準(zhǔn)DC電壓掃描/脈沖的應(yīng)用。掃描是指在準(zhǔn)DC模式下電壓從OV緩慢增至一定水平；脈沖是非?？焖俚碾妷好}沖，例如10ns增至2V。它可為由電路施加的限制電流(最大電流限制)。在一些實(shí)例中，電壓可從約+2V掃描至-2V并且返回。
[0045]基本上同時(shí)，因?yàn)轫旊姌O106包括納米帽層112的金屬氧化物所需的金屬，電壓掃描引起金屬氧化物的形成以制造納米帽層。切換通道108可為主要氧源，因?yàn)樗茄踹^(guò)飽和的。
[0046]非線(xiàn)性設(shè)備可用于存儲(chǔ)器陣列。圖5顯示了納米線(xiàn)存儲(chǔ)器陣列或交叉桿500的透視圖，顯示了布置在近似平行的納米線(xiàn)的第一層508和近似平行的納米線(xiàn)的第二層506之間的中間層510。納米線(xiàn)的第一層可在相對(duì)于納米線(xiàn)的第二層的非零角上。
[0047]根據(jù)一個(gè)示例性實(shí)施例，中間層510可為介電層。在頂層506中的納米線(xiàn)502和底層508的納米線(xiàn)504之間的中間層510中的交叉位置或接合點(diǎn)處可形成許多非線(xiàn)性設(shè)備512至518。納米線(xiàn)可在非線(xiàn)性設(shè)備100中分別用作上面和下面的導(dǎo)電層106、102。例如，當(dāng)形成與圖1A至IC中顯示的實(shí)施例相似的非線(xiàn)性設(shè)備時(shí)，在頂層506中的線(xiàn)可由釩或鈮形成，這取決于用于形成納米帽層112的金屬，并且在底層508中的納米線(xiàn)可由鉬形成。然后所述上面的納米線(xiàn)可用作頂電極106并且所述下面的納米線(xiàn)可用作底電極102?；蛘撸墒褂闷渌麑?dǎo)電材料作為上面和下面的納米線(xiàn)502和504。
[0048]為了說(shuō)明的目的，在圖5中只顯示了幾個(gè)非線(xiàn)性設(shè)備512至518。組合設(shè)備512至518中的每一個(gè)都可用來(lái)表示一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)的字節(jié)。例如，在最簡(jiǎn)單的情況中，非線(xiàn)性設(shè)備可具有兩種狀態(tài):導(dǎo)電狀態(tài)和非導(dǎo)電狀態(tài)。導(dǎo)電狀態(tài)可代表二進(jìn)制“I”并且非導(dǎo)電狀態(tài)可代表二進(jìn)制“0”，反之亦然。可通過(guò)改變非線(xiàn)性設(shè)備內(nèi)的憶阻矩陣的導(dǎo)電狀態(tài)將二進(jìn)制數(shù)據(jù)寫(xiě)進(jìn)納米存儲(chǔ)器陣列500中。然后可通過(guò)識(shí)別非線(xiàn)性設(shè)備512至518的導(dǎo)電狀態(tài)恢復(fù)二進(jìn)制數(shù)據(jù)。
[0049]以上實(shí)施例僅為納米線(xiàn)存儲(chǔ)器陣列500的一個(gè)示例性實(shí)施例。可使用各種其它配置。例如，存儲(chǔ)器陣列500可合并具有不同結(jié)構(gòu)的非線(xiàn)性元件。所述不同結(jié)構(gòu)可包括或多或少的層，具有不同于以上描述的組件的層，和以不同于以上給出的實(shí)施例中顯示的方式排列的層。例如，存儲(chǔ)器陣列可包括憶阻器、憶容器(memcapacitors)、憶感器(meminductors)或其它存儲(chǔ)器元件。此外，存儲(chǔ)器陣列可使用較寬范圍的導(dǎo)體以形成交叉桿。
[0050]應(yīng)理解的是本文描述的憶阻器(例如圖1中描述的實(shí)施例憶阻器)可包括額外的組件并且可去除和/或修改本文描述的一些組件而不背離本文描述的憶阻器的范圍。還應(yīng)理解的是圖中描述的組件沒(méi)有按照比例繪制，因此所述組件可具有相對(duì)于彼此的不同于在那顯示的相對(duì)尺寸。例如，可安排頂電極或第二電極106基本垂直于底電極或第二電極102或者可安排在一些其它的相對(duì)于彼此的非零角上。作為另一個(gè)實(shí)施例，絕緣層104可比電極102和106的其中一個(gè)或兩者相對(duì)更小或相對(duì)更大。
[0051]有利地，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，獲得了優(yōu)異的電子性能。所述方法相對(duì)容易實(shí)施，并且成本相對(duì)低。
【權(quán)利要求】
1.一種非線(xiàn)性憶阻器，包括: 底電極； 頂電極； 在所述底電極和所述頂電極之間的絕緣體層，所述絕緣體層包括金屬氧化物； 在所述絕緣體層內(nèi)的切換通道，所述切換通道由所述底電極向所述頂電極延伸；和 在所述切換通道和所述頂電極之間的金屬-絕緣體-過(guò)渡材料的納米帽層， 其中所述頂電極包括與所述金屬-絕緣體-過(guò)渡材料中的金屬相同的金屬。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非線(xiàn)性憶阻器，其中所述絕緣體層包括選自由TaOx和HfOy組成的組中的金屬氧化物，其中X在約2至2.5的范圍內(nèi)，y在約1.5至2的范圍內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非線(xiàn)性憶阻器，其中所述切換通道為具有比所述絕緣層包括的金屬氧化物更少氧的相。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的非線(xiàn)性憶阻器，其中所述絕緣體層為T(mén)aOx，其中X在約2至2.5的范圍內(nèi)，并且其中所述切換通道為具有過(guò)飽和氧的Ta-氧固溶體。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的非線(xiàn)性憶阻器，其中所述絕緣體層為HfOx，其中X在約1.5至2的范圍內(nèi)，并且其中所述切換通道為具有過(guò)飽和氧的Hf-氧固溶體。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非線(xiàn)性憶阻器，其中所述納米帽層的金屬-絕緣體-過(guò)渡材料為在切換時(shí)刻也盡可能導(dǎo)電的金屬的高階氧化物。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的非線(xiàn)性憶阻器，其中所述納米帽層的金屬-絕緣體-過(guò)渡材料為VO2并且所述頂電極為V或VOx，其中0〈x〈2。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的非線(xiàn)性憶阻器，其中所述納米帽層的金屬-絕緣體-過(guò)渡材料為NbO2并且所述頂電極為Nb或NbOx，其中0〈x〈2。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的非線(xiàn)性憶阻器，其中所述納米帽層的金屬-絕緣體-過(guò)渡材料為T(mén)i3O5或Ti2O3并且所述頂電極為T(mén)i或T1x，其中0<χ<1.5。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非線(xiàn)性憶阻器，其中所述切換通道具有小于約10nm的寬度并且所述納米帽層具有小于約50nm的厚度。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非線(xiàn)性憶阻器，其中所述底電極選自由鉬、鋁、銅、金、鑰、鈮、鈀、釕、氧化釕、銀、鉭、氮化鉭、氮化鈦、鎢和氮化鎢組成的組。
12.形成權(quán)利要求1所述的非線(xiàn)性憶阻器的方法，包括: 提供底電極； 在所述底電極上形成絕緣體層； 在所述絕緣體層上形成頂電極；和 在所述絕緣體層中形成切換通道并且在所述切換通道的頂部上所述納米帽層。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中通過(guò)電操作方法形成所述切換通道和所述納米帽層，所述電操作方法包括施加電壓掃描/脈沖與有限電流。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中通過(guò)電鑄方法形成所述切換通道和所述納米帽層。
15.一種交叉桿，包括近似第一納米線(xiàn)的陣列和近似第二納米線(xiàn)的陣列，所述第一納米線(xiàn)的陣列以非零角與所述第二納米線(xiàn)的陣列交叉，第一納米線(xiàn)與第二納米線(xiàn)的各交叉位置形成接合點(diǎn)，在各接合點(diǎn)處具有權(quán)利要求1所述的非線(xiàn)性憶阻器，所述非線(xiàn)性憶阻器夾在第一納米線(xiàn)和第二納米線(xiàn)之間。
【文檔編號(hào)】H01L27/105GK104254919SQ201280071789
【公開(kāi)日】2014年12月31日 申請(qǐng)日期:2012年4月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年4月25日
【發(fā)明者】楊建華, 民賢·馬克斯·張, 馬修·D·皮克特, R·斯坦利·威廉姆斯 申請(qǐng)人:惠普發(fā)展公司，有限責(zé)任合伙企業(yè)