本申請涉及存儲器領域，具體而言，涉及一種阻變存儲器的存儲狀態(tài)的調(diào)控方法。

背景技術：

阻變存儲器(rram)利用材料的可逆電阻轉變效應實現(xiàn)信息的存儲功能，具有器件結構簡單、高速、低功耗、可嵌入功能強等優(yōu)點，是下一代非揮發(fā)性存儲器中具有潛在應用的前景的存儲器。

然而，在實際應用中所面臨的最重要的挑戰(zhàn)之一就是其轉變參數(shù)的漲落，很好地控制這些參數(shù)的變化能夠降低阻變存儲器的波動性，提高器件可靠性。特別是在ecm(電化學金屬化機制)型rram中導電細絲的生長和斷裂存在著波動性，包括設置過程中細絲的大小、細絲的方位與恢復過程中細絲斷裂的程度等，rram的參數(shù)波動性會影響rram陣列的應用，增加集成時外圍電路的復雜性，阻礙其大規(guī)模集成和實際應用。

由上述內(nèi)容可知，低波動性和高可靠性是rram獲得成功應用的關鍵。因此，亟需找到一種簡單有效的降低電阻轉變波動性的方法。

技術實現(xiàn)要素：

本申請的主要目的在于提供一種阻變存儲器的存儲狀態(tài)的調(diào)控方法，以緩解現(xiàn)有技術中阻變存儲器的電阻轉變波動性較大的問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本申請?zhí)峁┝艘环N阻變存儲器的存儲狀態(tài)的調(diào)控方法，該阻變存儲器包括兩個電極層與上述兩個電極層之間的絕緣層，兩個上述電極層分別是第一電極層與第二電極層，其中，至少一個上述電極層為鐵磁電極層，該存儲狀態(tài)的調(diào)控方法包括：步驟s1，向兩個上述電極層之間施加第一電壓，使得至少一個上述鐵磁電極層的電勢高于另一個上述電極層的電勢，使得上述絕緣層中形成磁通道；步驟s2，向兩個上述電極層之間施加第二電壓，使得一個上述鐵磁電極層中的鐵磁材料發(fā)生相變。

進一步地，上述第一電極層為上述鐵磁電極層，上述第二電極層為非鐵磁電極層，在上述步驟s1中，向上述第一電極層施加正向掃描電壓，將上述第二電極層接地。

進一步地，上述第一電極層與上述第二電極層均為上述鐵磁電極層，在上述步驟s1中，向其中一個上述電極層施加正向掃描電壓，將另一個上述電極層接地。

進一步地，上述第一電極層為上述鐵磁電極層，上述第二電極層為非鐵磁電極層，在上述步驟s2中，向上述第一電極層施加正向掃描電壓，將上述第二電極層接地。

進一步地，上述第一電極層與上述第二電極層均為上述鐵磁電極層，在上述步驟s2中，向其中一個上述電極層施加正向掃描電壓，將另一個上述電極層接地。

進一步地，上述鐵磁電極層的材料選自fe、co與ni中的一種或多種。

進一步地，上述絕緣層的材料選自tio2、taox、hfo2、nio與zro2中的一種或多種。

應用本申請的技術方案，首先，通過在第一電極層與第二電極層之間加載第一電壓，使得二者之間具有正電勢差，且至少一個鐵磁電極層的電勢較高，電勢較高的鐵磁電極層中的原子被氧化為離子，這些離子擴散到另一個電極層的表面上，被還原為原子并沉積在該電極層上，通過不斷地堆積，直到其與電勢高的鐵磁電極層的下表面平齊，進而在絕緣層中形成了“磁通道”，又稱為磁性納米線或導電細絲；然后，向兩個電極層之間施加第二電壓，電流的熱效應使得鐵磁材料的溫度達到居里溫度，進而使得鐵磁材料發(fā)生鐵磁和順磁的相變，進而實現(xiàn)器件輸出的高阻態(tài)和低阻態(tài)的轉化，實現(xiàn)磁信息的寫入。本發(fā)明的這種調(diào)控方法是通過磁性材料的二級相變，使“磁通道”在超順磁性和鐵磁性之間變化，不同于以往的阻變機制，不涉及到導電細絲的斷裂過程，進而很好地緩解了電阻轉變的波動性，使得rram形成的rram陣列得到更廣泛地應用，本申請的調(diào)控方法操作簡單，能夠降低存儲器外圍電路設計成本低，有利于其大規(guī)模集成和實際應用。

并且，該種調(diào)控方法使得阻變存儲器能夠在特定的環(huán)境限制中應用，使得這種器件應用在太空、深海探究等方面有著顯著的優(yōu)勢。

附圖說明

構成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構成對本申請的不當限定。在附圖中：

圖1示出了根據(jù)本申請的一種典型的實施方式提供的阻變存儲器的存儲狀態(tài)的調(diào)控方法的流程示意圖；

圖2示出了本申請的一種實施例中提供的阻變存儲器形成磁通道后的結構示意圖；以及

圖3示出了圖2中的阻變存儲器中的鐵磁材料發(fā)生相變后的結構示意圖。

其中，上述附圖包括以下附圖標記：

1、第一電極層；2、絕緣層；3、第二電極層；01、原子；100、磁通道。

具體實施方式

應該指出，以下詳細說明都是例示性的，旨在對本申請?zhí)峁┻M一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術和科學術語具有與本申請所屬技術領域的普通技術人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術語僅是為了描述具體實施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復數(shù)形式，此外，還應當理解的是，當在本說明書中使用術語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

正如背景技術所介紹的，現(xiàn)有技術中的阻變存儲器的電阻轉變波動性較大，為了解決如上的技術問題，本申請?zhí)岢隽艘环N阻變存儲器的存儲狀態(tài)的調(diào)控方法。

本申請的一種典型的實施方式中，提供了一種阻變存儲器的存儲狀態(tài)的調(diào)控方法，如圖2與圖3所示，上述阻變存儲器包括兩個電極層與上述兩個電極層之間的絕緣層2，兩個上述電極層分別是第一電極層1與第二電極層3，其中，至少一個上述電極層為鐵磁電極層，如圖1所示，該調(diào)控方法包括：步驟s1，向兩個上述電極層之間施加第一電壓，使得至少一個鐵磁電極層的電勢高于另一個上述電極層的電勢，且使得上述絕緣層2中形成磁通道100；步驟s2，向兩個上述電極層之間施加第二電壓，使得一個上述鐵磁電極層中的鐵磁材料發(fā)生相變。

本申請的阻變存儲器的存儲狀態(tài)的調(diào)控方法中，首先，通過在第一電極層與第二電極層之間加載第一電壓，使得二者之間具有正電勢差，且至少一個鐵磁電極層的電勢較高，電勢較高的鐵磁電極層中的原子被氧化為離子，這些離子擴散到另一個電極層的表面上，被還原為原子并沉積在該電極層上，通過不斷地堆積，直到其與電勢高的鐵磁電極層的下表面平齊，進而在絕緣層中形成了圖2所示磁通道100，又稱為磁性納米線或導電細絲，此時，原子01的自旋方向(原子01上箭頭的方向即為其自旋方向)雜亂無章；然后，向兩個電極層之間施加第二電壓，電流的熱效應使得鐵磁材料的溫度達到居里溫度，進而使得鐵磁材料發(fā)生鐵磁和順磁的相變，如圖3所示，使得原子01的自旋方向(原子01上箭頭的方向即為其自旋方向)基本一致，進而實現(xiàn)器件輸出的高阻態(tài)和低阻態(tài)的轉化，實現(xiàn)磁信息的寫入。本發(fā)明的這種調(diào)控方法是通過磁性材料的二級相變，使“磁通道”在超順磁性和鐵磁性之間變化，不同于以往的阻變機制，不涉及到導電細絲的斷裂過程，進而很好地緩解了電阻轉變的波動性，使得rram形成的rram陣列得到更廣泛地應用，本申請的調(diào)控方法操作簡單，能夠降低存儲器外圍電路設計成本低，有利于其大規(guī)模集成和實際應用。

并且，該種調(diào)控方法使得阻變存儲器能夠在特定的環(huán)境限制中應用，使得這種器件應用在太空、深海探究等方面有著顯著的優(yōu)勢。

本申請中的阻變存儲器中的兩個電極層可以均為鐵磁材料的鐵磁電極層，也可以是其中的一個是鐵磁電極層，另一個是非鐵磁電極層。本申請中的調(diào)控方法可以應用在這三種結構中。

本申請中的鐵磁材料可以是現(xiàn)有技術中的任何一種可行的鐵磁材料，本領域技術人員可以根據(jù)實際情況選擇合適的材料形成電極層。

本申請的一種實施例中，為了進一步保證電極層的鐵磁性，進而保證調(diào)控過程的有效實施，上述鐵磁材料選自fe、co與ni中的一種或多種。即形成電極層的鐵磁材料可以為單獨的fe、單獨的co或單獨的ni，也可以是fe和co的混合物、fe和ni的混合物或co和ni的混合物，還可以是fe、ni和co的混合物。

本領域技術人員可以根據(jù)實際情況設置合適的鐵磁電極層的厚度，本申請的另一種實施例中，上述鐵磁電極層的厚度為30～50nm，這樣可以更好地保證形成性能(包括合適的擊穿電壓)較好的磁性納米線。

當兩個電極層中的一個是非鐵磁電極層時，該層的材料可以選自任何一種或多種非磁性金屬材料。本領域技術人員可以根據(jù)實際情況選擇現(xiàn)有技術中合適的材料形成非鐵磁電極層。

為了進一步保證良好的導電性能，本申請中的非鐵磁電極層的材料選自pt與ti中的一種或多種。

并且，兩個電極層中的一個是非鐵磁電極層時，本領域技術人員可以根據(jù)實際情況設置合適的非鐵磁電極層的厚度，本申請的另一種實施例中，上述非磁性電極層的厚度為30～50nm，這樣可以更好地保證性能較好的磁性納米線。

本申請中的絕緣層的材料可以是現(xiàn)有技術中任何的絕緣材料，本領域技術人員可以根據(jù)實際情況選擇合適的絕緣材料形成絕緣層。

為了進一步保證絕緣層具有良好的絕緣性能，本申請的一種實施例中，絕緣層的材料選自tio2、taox、hfo2、nio與zro2中的一種或多種。

并且，絕緣層的厚度過大，使得離子不容易擴散，需要較大的驅動電壓，絕緣層的厚度過小，則太容易被擊穿，為了進一步保證阻變存儲器具有合適的擊穿電壓與合適的驅動電壓，本申請中的絕緣層的厚度為10～30nm。但是本申請中的絕緣層的厚度并不限于上述的范圍，本領域技術人員可以根據(jù)實際情況設置合適的絕緣層的厚度。

本申請的一種實施例中，上述阻變存儲器還包括襯底、第一電極層、絕緣層以及第二電極層依次疊置設置在襯底的表面上。

上述的襯底為平整、潔凈的絕緣襯底，其材料可以根據(jù)實際情況選擇，本申請的一種實施例中，上述襯底的材料選自sio2、si3n4與al2o3中的一種或多種。

本申請的又一種實施例中，上述阻變存儲器還包括種子層，種子層設置在上述襯底與第一電極層之間。種子層的設置可以使得襯底與該電極層之間的附著性更好，進一步保證了器件的牢固性與可靠性。

為了進一步提高襯底與第一電極層之間的附著性，本申請的一種實施例中，上述種子層的材料選自ti和/或cr。

當然，種子層的材料并不限于上述的材料，本領域技術人員還可以根據(jù)實際情況選擇其他的材料形成種子層。

為了進一步保證襯底與第一電極層之間的附著性，本申請的一種實施例中，上述種子層的厚度在5～10nm之間。

上述的步驟s1中，施加第一電壓的方式可以采用現(xiàn)有技術中的任何一種可行的方式，例如，當一個電極層為鐵磁電極層，另一個電極層為非鐵磁電極層時，向一個鐵磁電極層施加正電壓，向非鐵磁電極層施加負電壓。并且，具體地，施加電壓的方式可以是掃描電壓方式，也可以是直接施加一個固定大小的電壓值。本領域技術人員可以根據(jù)實際情況選擇合適的施加第一電壓的方式。

并且，本領域技術人員可以根據(jù)實際情況選擇上述第一電壓的大小，只要保證該電壓小于器件的擊穿電壓和形成磁性納米線即可。

本申請的一種實施例中，為了簡化第一電壓的施加方式，簡化調(diào)控方法，本申請的一種實施例中，上述第一電極層為鐵磁電極層，上述第二電極層為非鐵磁電極層，在上述步驟s1中，向上述第一電極層施加正向掃描電壓，將上述第二電極層接地。

本申請中的第一電極層與第二電極層只是兩個電極層的不同名字，實際上這兩個電極層沒有區(qū)別，所以上述的方案同樣適用于“第二電極層為鐵磁電極層，上述第一電極層為非鐵磁電極層”情況。也就是說，當上述第二電極層為鐵磁電極層，上述第一電極層為非鐵磁電極層，在上述步驟s1中，向上述第二電極層施加正向掃描電壓，將上述第一電極層接地。

同樣地，為了簡化第一電壓的施加方式，本申請的一種實施例中，上述第一電極層與上述第二電極層均為鐵磁電極層，在上述步驟s1中，向其中一個電極層施加正向掃描電壓，將另一個電極層接地。

上述的步驟s2中，施加第二電壓的方式可以采用現(xiàn)有技術中的任何一種可行的方式，例如，當一個電極層為鐵磁電極層，另一個電極層為非鐵磁電極層時，向鐵磁電極層施加正電壓，向非鐵磁電極層施加負電壓。并且，具體地，施加電壓的方式可以是掃描電壓方式，也可以是直接施加一個固定大小的電壓值。本領域技術人員可以根據(jù)實際情況選擇合適的施加第二電壓的方式，只要能夠通過電流的熱效應使得鐵磁材料的溫度達到其居里溫度即可。

本申請的另一種實施例中，上述第一電極層為鐵磁電極層，上述第二電極層為非鐵磁電極層，在上述步驟s2中，向上述第一電極層施加正向掃描電壓，將上述第二電極層接地。這樣可以進一步簡化第二電壓的施加方式，進而簡化調(diào)控方法。

本申請中的第一電極層與第二電極層沒有區(qū)別，所以上述的方案同樣適用于“第二電極層為鐵磁電極層，上述第一電極層為非鐵磁電極層”情況。也就是說當上述第二電極層為鐵磁電極層，上述第一電極層為非鐵磁電極層時，在上述步驟s2中，向上述第二電極層施加正向掃描電壓，將上述第一電極層接地。這樣也可以進一步簡化第二電壓的施加方式，進而簡化調(diào)控方法。

同樣地，為了進一步簡化第二電壓的施加方式，上述第一電極層與上述第二電極層均為鐵磁電極層，在上述步驟s2中，向其中一個電極層施加正向掃描電壓，將上述另一個電極層接地。

為了使得本領域技術人員能夠更加清楚地了解本申請的技術方案，以下將結合具體的實施例來說明本申請的技術方案。

實施例

阻變存儲器包括依次疊置設置的襯底、種子層、第一電極層、絕緣層與第二電極層，其中，第二電極層為鐵磁電極層，襯底為sio2襯底；種子層為ti金屬薄膜，厚度為10nm；然后，第一電極層為pt層，厚度在30nm；絕緣層為厚度為20nm的hfo2層；第二電極層為50nm的fe層。

該阻變存儲器的調(diào)控方法包括：

步驟s1，將第二電極層3與keithley4200的正極電連接，將第一電極層1與keithley4200的接地端電連接，向第二電極層3施加一個正向掃描電壓，稱為第一電壓，使得上述絕緣層2中形成圖2所示的磁通道100，此時，原子01的自旋方向(原子01上箭頭的方向即為其自旋方向)雜亂無章；

步驟s2，通過keithley4200向第二電極層3施加的電壓調(diào)整為第二電壓，即向第二電極層3施加的第二電壓，電流的熱效應使得鐵的溫度達到其居里溫度1043k，進而使得fe發(fā)生相變，由鐵磁變?yōu)轫槾?，如圖3所示，使得原子01的自旋方向(原子01上箭頭的方向即為其自旋方向)基本一致，i-v曲線中的電流發(fā)生跳變，即電阻發(fā)生突變(變小)，進而實現(xiàn)器件輸出的高阻態(tài)和低阻態(tài)的轉化，實現(xiàn)磁信息的寫入。

上述的調(diào)控方法簡單，易操作，且不涉及到導電細絲的斷裂過程，進而很好地緩解了電阻轉變的波動性，使得rram形成的rram陣列得到更廣泛地應用，本申請的調(diào)控方法操作簡單，能夠降低存儲器外圍電路設計成本低，有利于其大規(guī)模集成和實際應用。

從以上的描述中，可以看出，本申請上述的實施例實現(xiàn)了如下技術效果：

本申請的阻變存儲器的存儲狀態(tài)的調(diào)控方法中，首先，通過在第一電極層與第二電極層之間加載第一電壓，使得二者之間具有正電勢差，且至少一個鐵磁電極層的電勢較高，電勢較高的鐵磁電極層中的原子被氧化為離子，這些離子擴散到另一個電極層的表面上，被還原為原子并沉積在該電極層上，通過不斷地堆積，直到其與電勢高的鐵磁電極層的下表面平齊，進而在絕緣層中形成了“磁通道”，又稱為磁性納米線或導電細絲，此時，原子的自旋方向雜亂無章；然后，向兩個電極層之間施加第二電壓，電流的熱效應使得鐵磁材料的溫度達到居里溫度，進而使得鐵磁材料發(fā)生鐵磁和順磁的相變，使得原子的自旋方向基本一致，進而實現(xiàn)器件輸出的高阻態(tài)和低阻態(tài)的轉化，實現(xiàn)磁信息的寫入。

本發(fā)明的這種調(diào)控方法是通過磁性材料的二級相變，使“磁通道”在超順磁性和鐵磁性之間變化，不同于以往的阻變機制，不涉及到導電細絲的斷裂過程，進而很好地緩解了電阻轉變的波動性，使得rram形成的rram陣列得到更廣泛地應用，本申請的調(diào)控方法操作簡單，能夠降低存儲器外圍電路設計成本低，有利于其大規(guī)模集成和實際應用。

以上所述僅為本申請的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本申請，對于本領域的技術人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本申請的保護范圍之內(nèi)。