CN103247755A - 一种降低阻变存储器器件Reset电流的方法 - Google Patents

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李颖弢
龙世兵
刘琦
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本发明涉及微电子技术以及存储器器件技术领域，公开了一种降低阻变存储器器件Reset电流的方法，该阻变存储器器件从下至上依次包括下电极、阻变存储层和上电极，该Reset电流是阻变存储器器件由低阻态向高阻态转变所需的电流，该方法是在下电极与阻变存储层之间和/或阻变存储层与上电极之间***一热保护层，用以减小阻变存储器器件在由低阻态向高阻态转变过程中的热损失，进而降低阻变存储器器件的Reset电流。本发明通过加入热保护层能够有效减小阻变存储器器件在Reset过程中的热损失，因此降低了器件的Reset电流。

Description

一种降低阻变存储器器件Reset电流的方法
技术领域
本发明涉及微电子技术以及存储器器件技术领域，具体涉及一种降低阻变存储器器件由低阻态向高阻态转变所需Reset电流的方法。
背景技术
存储器产品在半导体产业中占有十分重要的地位，有着巨大的市场需求，是国际以及国内诸多半导体企业和行业产品的重要组成部分。21世纪以来，随着计算机技术、互联网技术以及大众化电子产品的快速发展，对电子信息存储产品的需求呈现一种高速上升的趋势。这种数字高科技的飞速发展对信息存储产品的性能提出了更高的要求，如高速度、高密度、长寿命等。
而现有随机存储技术存在断电时信息容易丢失以及易受电磁辐射干扰等缺陷，很大程度上限制了其在国防、航空航天等关键高科技领域的应用。因此，在存储器材料和技术方面取得突破，开发新一代的存储器技术就显得尤为迫切。
基于电脉冲触发可逆电阻转变效应研发的阻变存储器作为一种全新的存储概念，具有以下优势：一是器件结构以及制备过程简单，其基本的存储单元为金属-绝缘体-金属(M-I-M)三明治结构；二是操作速度快，能够达到纳秒量级；三是可缩小性好，研究发现电阻发生转变的区域很小，能够达到纳米量级，因此存储单元可以很小。四是阻变存储器可利用现有的半导体工艺技术生产，从而大大降低了开发成本。因此，阻变存储器有望在未来主流存储技术中担当重任。
图1是阻变存储器器件的基本结构示意图。在图1中，100代表衬底，101代表下电极，102代表阻变存储层，103代表上电极。在适当的电压作用下，器件的电阻会在高阻态和低阻态之间相互转换，从而能够实现‘0’和‘1’的存储。其中器件由高阻态向低阻态转变被称为设定(Set)过程，器件由低阻态向高阻态转变被称为重置或复位(Reset)过程。
目前，阻变存储器存在的一个主要问题是器件由低阻态向高阻态转变所需要的Reset电流较大，大的Reset电流意味着更大的功耗，不利于阻变存储器器件在实际中的应用。因此，如何降低阻变存储器器件的Reset电流是目前急需解决的问题。
研究发现，阻变存储器器件的Reset过程主要是由热效应主导。鉴于此，在阻变存储器器件中加入热保护层，能够有效减小阻变存储器器件在Reset过程中的热损失，因此降低了器件的Reset电流。
发明内容
(一)要解决的技术问题
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种降低阻变存储器器件Reset电流的方法。
(二)技术方案
为达到上述目的，本发明提供了一种降低阻变存储器器件Reset电流的方法，该阻变存储器器件从下至上依次包括下电极、阻变存储层和上电极，该Reset电流是阻变存储器器件由低阻态向高阻态转变所需的电流，该方法是在下电极与阻变存储层之间和/或阻变存储层与上电极之间***一热保护层，用以减小阻变存储器器件在由低阻态向高阻态转变过程中的热损失，进而降低阻变存储器器件的Reset电流。
上述方案中，所述热保护层位于所述阻变存储层与所述上电极之间，或者位于所述阻变存储层与所述下电极之间，或者同时位于所述阻变存储层与所述上、下电极之间。
上述方案中，所述热保护层由低热导率材料WO3、Ta2O5、TiON、SiTaNx、SiGe、GST或C60构成。
上述方案中，所述上电极或下电极采用的材料为单层金属电极W、Al、Cu、Ag、Pt、Ti、Ta或Ni，或者为双层金属复合电极Ti/Pt、Cu/Au或Cu/Al，或者为导电金属化合物TiN、TaN、ITO或IZO。
上述方案中，所述阻变存储层采用的材料为二元金属氧化物Al2O3、SiO2、TiO2、NiO、ZrO2、HfO2或WO3，或者为三元金属氧化物SrTiO3，或者为多元金属氧化物PrCaMnO3，或者为有机材料Alq3或CuTCNQ，或者为固态电解液材料Cu2S或Ag-Ge-Se。
上述方案中，所述阻变存储层采用的材料为二元金属氧化物Al2O3、SiO2、TiO2、NiO、ZrO2、HfO2或WO3，三元金属氧化物SrTiO3，多元金属氧化物PrCaMnO3，有机材料Alq3或CuTCNQ，以及固态电解液材料Cu2S或Ag-Ge-Se中的一种或多种经过掺杂改性后形成的材料。
上述方案中，所述构成阻变存储层的材料以及掺杂材料中各元素的成分是完全化学配比或非完全化学配比。
(三)有益效果
本发明提供了一种降低阻变存储器器件由低阻态向高阻态转变所需Reset电流的方法，该方法是在阻变存储层与导电电极之间***一热保护层，能够有效减小阻变存储器器件在Reset过程中的热损失，因此降低了器件的Reset电流。Reset电流的降低能够进一步降低阻变存储器器件的功耗。此外，本发明提出的阻变存储器器件制备工艺简单、制造成本低。
附图说明
图1是阻变存储器器件的基本结构示意图；
图2是本发明实施例阻变存储器器件的基本结构示意图；
图3是本发明可替代实施例阻变存储器器件的基本结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
在此提供的附图及其描述仅用于例示本发明的实施例。在各附图中的形状和尺寸仅用于示意性例示，并不严格反映实际形状和尺寸比例。在本发明实施例图示中，均以矩形表示，图中的表示是示意性的，而不是用于限制本发明的范围。
本发明提供的这种降低阻变存储器器件Reset电流的方法，是在下电极与阻变存储层之间和/或阻变存储层与上电极之间***一热保护层，用以减小阻变存储器器件在由低阻态向高阻态转变过程中的热损失，进而降低阻变存储器器件的Reset电流。
如图2所示，图2所示为本发明提供的实施例阻变存储器器件的结构示意图，该阻变存储器器件从下至上依次包括下电极、阻变存储层和上电极。所述热保护层位于所述阻变存储层与所述上电极之间，或者位于所述阻变存储层与所述下电极之间，或者同时位于所述阻变存储层与所述上、下电极之间。
在图2中，该阻变存储器器件包括：衬底100；设置在衬底100上的下电极101；设置在下电极101上的阻变存储层102；设置在阻变存储层102上的热保护层103；以及设置在热保护层103上的上电极104。图3(a)和3(b)显示出可替代实施例。如图3(a)所示，所述热保护层103设置在下电极101之上。如图3(b)所示，所述热保护层103a和103b分别设置在下电极101和阻变存储层102之上。
所述构成衬底100的几何形状以及材料不受限制，一般由二氧化硅、氮化硅、玻璃及其他绝缘材料构成。
所述构成下电极101和上电极104的材料不受限制，包括W、Al、Cu、Ag、Pt、Ti、Ta、Ni等单层金属电极，Ti/Pt、Cu/Au、Cu/Al等双层金属复合电极，也包括TiN、TaN、ITO、IZO等导电金属化合物或者其他的导电电极材料。
所述下电极101和所述上电极104的厚度不限。可以理解，所述下电极101和上电极104的厚度可以相同，也可以不同。
所述构成阻变存储层102的材料不受限制，由Al2O3、SiO2、TiO2、NiO、ZrO2、HfO2、WO3等二元金属氧化物，SrTiO3等三元金属氧化物，PrCaMnO3等多元金属氧化物，Alq3、CuTCNQ等有机材料，Cu2S、Ag-Ge-Se等固态电解液材料中的一种或多种材料构成，也可以由以上任意一种材料或多种材料经过掺杂改性后形成的材料构成。
所述阻变存储层102的厚度为2nm至500nm。
所述构成热保护层103的材料应具有低的热导率，由WO3、Ta2O5、TiON、SiTaNx、SiGe、GST、C60等低热导率的材料构成。
所述热保护层103的厚度为1nm至50nm。
如图3(b)中所述构成热保护层103a和热保护层103b的材料可以相同，也可以不同。均可以由WO3、Ta2O5、TiON、SiTaNx、SiGe、GST、C60等低热导率的材料构成。
所述热保护层103a和热保护层103b的厚度均为1nm至50nm。可以理解，所述热保护层103a和热保护层103b的厚度可以相同，也可以不同。
由上可知，对于本发明的阻变存储器器件，当在阻变存储层与导电电极之间加入一热保护层，能够有效减小阻变存储器器件在Reset过程中的热损失，因此降低了器件的Reset电流。Reset电流的降低能够进一步降低阻变存储器器件的功耗。此外，本发明提出的阻变存储器器件制备工艺简单、制造成本低。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种降低阻变存储器器件Reset电流的方法，该阻变存储器器件从下至上依次包括下电极、阻变存储层和上电极，该Reset电流是阻变存储器器件由低阻态向高阻态转变所需的电流，其特征在于，该方法是在下电极与阻变存储层之间和/或阻变存储层与上电极之间***一热保护层，用以减小阻变存储器器件在由低阻态向高阻态转变过程中的热损失，进而降低阻变存储器器件的Reset电流。
2.根据权利要求1所述的降低阻变存储器器件Reset电流的方法，其特征在于，所述热保护层位于所述阻变存储层与所述上电极之间，或者位于所述阻变存储层与所述下电极之间，或者同时位于所述阻变存储层与所述上、下电极之间。
3.根据权利要求1或2所述的降低阻变存储器器件Reset电流的方法，其特征在于，所述热保护层由低热导率材料WO3、Ta2O5、TiON、SiTaNx、SiGe、GST或C60构成。
4.根据权利要求1所述的降低阻变存储器器件Reset电流的方法，其特征在于，所述上电极或下电极采用的材料为单层金属电极W、Al、Cu、Ag、Pt、Ti、Ta或Ni，或者为双层金属复合电极Ti/Pt、Cu/Au或Cu/Al，或者为导电金属化合物TiN、TaN、ITO或IZO。
5.根据权利要求1所述的降低阻变存储器器件Reset电流的方法，其特征在于，所述阻变存储层采用的材料为二元金属氧化物Al2O3、SiO2、TiO2、NiO、ZrO2、HfO2或WO3，或者为三元金属氧化物SrTiO3，或者为多元金属氧化物PrCaMnO3，或者为有机材料Alq3或CuTCNQ，或者为固态电解液材料Cu2S或Ag-Ge-Se。
6.根据权利要求1所述的降低阻变存储器器件Reset电流的方法，其特征在于，所述阻变存储层采用的材料为二元金属氧化物Al2O3、SiO2、TiO2、NiO、ZrO2、HfO2或WO3，三元金属氧化物SrTiO3，多元金属氧化物PrCaMnO3，有机材料Alq3或CuTCNQ，以及固态电解液材料Cu2S或Ag-Ge-Se中的一种或多种经过掺杂改性后形成的材料。
7.根据权利要求5或6所述的降低阻变存储器器件Reset电流的方法，其特征在于，所述构成阻变存储层的材料以及掺杂材料中各元素的成分是完全化学配比或非完全化学配比。
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