專利名稱：具有本征整流器的憶阻結(jié)的制作方法
具有本征整流器的憶阻結(jié)
背景技術(shù)：
納米級電子裝置預(yù)示著許多優(yōu)勢，包括顯著縮小的特征尺寸，以及用于相對便宜的非基于光刻的制造方法的優(yōu)勢。納米線交叉桿(crossbar)陣列可以被用于形成多種電子電路和器件，包括超高密度非易失性存儲器?？梢詫⒔Y(jié)元件在緊密接觸交叉點(diǎn)處插入納米線之間。這些結(jié)元件可以被編程為保持兩種或更多種導(dǎo)電狀態(tài)。通過選擇性設(shè)置在納米線陣列內(nèi)結(jié)元件的狀態(tài)，可以將數(shù)據(jù)編碼到這些結(jié)元件中。增加結(jié)元件的穩(wěn)健性和穩(wěn)定性， 能夠產(chǎn)生顯著的操作和制造優(yōu)勢。


圖1A-1B是根據(jù)此處所描述的一個實(shí)施例的說明性憶阻結(jié)元件的兩種操作狀態(tài)的圖2是根據(jù)此處所描述的一個實(shí)施例的納米線交叉桿架構(gòu)的一個說明性實(shí)施例的透視圖3A-3C是根據(jù)此處描述的一個實(shí)施例的示出了通過交叉桿存儲器陣列的一部分的電流路徑的說明性圖4A-4B是根據(jù)此處所描述的一個實(shí)施例的具有穩(wěn)定整流構(gòu)件的憶阻結(jié)元件的兩種操作狀態(tài)的圖；以及
圖5是根據(jù)此處所描述的一個實(shí)施例的示出整流界面的溫度相關(guān)和電壓相關(guān)行為的曲線圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在將參考圖示的示例性實(shí)施例，并且此處將使用特定語言描述這些示例性實(shí)施例。根據(jù)結(jié)合附圖來考慮的以下詳細(xì)描述，本發(fā)明的特征和優(yōu)勢將是顯而易見的，所述附圖通過示例方式一起說明本發(fā)明的特征。本公開描述了憶阻結(jié)和基于其的設(shè)備。當(dāng)用來描述材料或這種材料所制成的構(gòu)件時，術(shù)語“憶阻”通常指穩(wěn)定地占據(jù)一個或多個基于導(dǎo)電的激活狀態(tài)的能力。通過引入一個或多個品種的摻雜劑，可以將這種能力賦予適當(dāng)?shù)牟牧?，其中所述摻雜劑能夠被誘發(fā)以改變它們在該材料內(nèi)的分布。根據(jù)此處所討論實(shí)施例的憶阻結(jié)展現(xiàn)了占據(jù)至少以下兩種狀態(tài)的能力(1)對于電子流的很少至沒有導(dǎo)電性的狀態(tài)，其可以被稱為“斷開”狀態(tài)；以及(2) 對于電流的增強(qiáng)導(dǎo)電性的狀態(tài)，其可以被稱為“接通”狀態(tài)。憶阻材料和結(jié)的特定特性是通過將適當(dāng)極性的充足開關(guān)電壓施加于該結(jié)，能夠誘發(fā)任一狀態(tài)。此類結(jié)的進(jìn)一步特性是，一旦被誘發(fā)，任一狀態(tài)將在這種電壓不存在的條件下在該結(jié)中無限期地持續(xù)。通過施加適當(dāng)強(qiáng)度和極性的偏置電壓，可以將憶阻結(jié)編程為占據(jù)不同可讀狀態(tài)。 憶阻結(jié)可以包含表現(xiàn)為整流器的界面，從而提供通過該結(jié)的單向電流流動。然而，這種本征整流器在偏置電壓處可能易于擊穿。因此，此處討論包含抗擊穿本征整流的憶阻結(jié)的實(shí)施例。特別地，通過在整流界面處包含溫度響應(yīng)電導(dǎo)率轉(zhuǎn)換(transition)材料，能夠提供抗擊穿。下文詳細(xì)描述這些實(shí)施例。圖1示出了示例性憶阻結(jié)設(shè)備100。憶阻結(jié)設(shè)備可以包括第一電極102和第二電極104，憶阻區(qū)106位于它們之間。通過將金屬或其他適當(dāng)材料沉積在基板108上以形成第一電極，可以制成這種結(jié)。通過包含光刻或電子束光刻的傳統(tǒng)技術(shù)，或者通過諸如壓印光刻的更先進(jìn)的技術(shù)，可以沉積該電極。在這個設(shè)備中包含的電極可以是任何適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電材料， 包含但不限于金、鉬、鎢或銅。然后，可以將憶阻區(qū)沉積到第一電極上。憶阻區(qū)用作其中展現(xiàn)可開關(guān)電阻特性的該設(shè)備的一般區(qū)，并且因此包括適合于提供該功能的憶阻材料。特別地，大部分憶阻材料可以包括電子半導(dǎo)電或標(biāo)稱地電子絕緣的材料。這包含已知適合在半導(dǎo)體設(shè)備中作為電介質(zhì)的材料。非限制性示例包含硅的溴化物、氧化物、硫化物、硒化物、氮化物、磷化物、砷化物、 以及氯化物、過渡金屬、稀土金屬或堿土金屬。在特定實(shí)施例中，開關(guān)結(jié)材料包括金屬氧化物。此類材料的非限制性示例是二氧化鈦、二氧化鉿、氧化鋯、氧化鍶和氧化鋁。在更特定的實(shí)施例中，開關(guān)結(jié)材料包括二氧化鈦。適當(dāng)?shù)某练e技術(shù)包含傳統(tǒng)的物理和化學(xué)技術(shù)，包含從努森池蒸發(fā)、來自坩堝的電子束、從靶的濺射、電子束蒸發(fā)、化學(xué)氣相沉積(CVD)、金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(M0CVD)、分子束外延、原子層沉積、其他形式的從反應(yīng)前體進(jìn)行的化學(xué)氣相或束生長。憶阻區(qū)材料可以被沉積為從1至100納米厚的薄膜。在結(jié)中的各種導(dǎo)電狀態(tài)可以由在憶阻材料中的移動摻雜劑110確定。這些摻雜劑可以包含帶電空穴、陰離子、陽離子或其他已知的電子電荷載體。特別地，憶阻區(qū)可以進(jìn)一步包括若干移動摻雜劑，通過施加足夠的開關(guān)電壓，這些摻雜劑能夠被誘發(fā)以移動通過憶阻材料。摻雜劑的分布——以及從而憶阻材料的摻雜程度——確定了結(jié)的導(dǎo)電狀態(tài)。移動摻雜劑可以經(jīng)由任何適當(dāng)?shù)募夹g(shù)被添加到憶阻材料，所述技術(shù)諸如濺射、電子束蒸發(fā)、分子束外延、CVD、M0CVD或原子層沉積(ALD)?？梢酝ㄟ^沉積與憶阻區(qū)材料反應(yīng)以生成移動摻雜劑的引發(fā)劑材料，來引入摻雜劑。在某些實(shí)施例中，這些移動摻雜劑可以是空穴。例如，通過引發(fā)劑/憶阻材料反應(yīng)，諸如Ti02_x與Ti02、Zr02_x與ZrO2或SrTi03_x與SrTiO3,能夠生成氧空穴。在另一示例中，通過GaN與GaNh反應(yīng)，能夠生成氮空穴。在其他實(shí)施例中移動摻雜劑可以是離子，諸如通過在包含GaN的憶阻區(qū)上的GaN:S引發(fā)劑層產(chǎn)生的二價硫離子。在圖IA所示的說明性實(shí)施例中，憶阻材料可以是二氧化鈦(TiO2)基體，并且移動摻雜劑110可以是在該基體中的氧空穴。在這種情形中，氧空穴充當(dāng)正電荷載體。通過相對于第一電極102將負(fù)開關(guān)電壓112施加到第二電極104，能夠獲得強(qiáng)度足以將摻雜劑向上朝第二電極移動的電場。摻雜劑的向上漂移在與第二電極的界面116處生成了摻雜區(qū)114， 并且在基體的余下部分中留下了非摻雜區(qū)118。應(yīng)指出的是，此處所使用的“摻雜”和“非摻雜”是作為比較術(shù)語使用的，其中，“摻雜區(qū)”比“非摻雜區(qū)”被顯著更重地?fù)诫s。然而，不一定正確的是“非摻雜區(qū)”將完全沒有摻雜劑。相反，在非摻雜區(qū)中摻雜劑足夠稀少，從而該區(qū)具有比摻雜區(qū)顯著更低的電子導(dǎo)電性。作為移動摻雜劑110在電極-基體界面116處被分組的結(jié)果，由于減少的導(dǎo)電性屏障，該界面在性質(zhì)上基本變成歐姆的。該界面的特征在于相對高的導(dǎo)電率。然而，非摻雜 TiO2與金屬第一電極102的界面120充當(dāng)類似于肖特基(Schottky-Iike)的界面。這種界面充當(dāng)整流器，允許電流沿一個方向流動(在此種情形中，正電流可以從電極流到結(jié)中)但
5不沿另一方向流動。這種性質(zhì)通過I/V曲線圖122示出，但不意指對特定電壓或電流值的任何限制。結(jié)果是，當(dāng)經(jīng)受中等電壓(即低于開關(guān)電壓)時，結(jié)100能夠沿適當(dāng)?shù)姆较騻鲗?dǎo)電流。在這種條件下，可以說該結(jié)被切換為“接通”的。在圖IB示出的類似說明性示例中，相反極性(即，在頂電極104處為正)的足夠的開關(guān)電壓112能夠誘發(fā)空穴從基體電極界面移開。這在上界面116以及下界面120處，即相反偏置方向的兩個類似于肖特基的界面處，生成了非摻雜區(qū)118。在這種條件下，在中等電壓處，很少或沒有電流能夠沿任一方向流過結(jié)，如在I/V曲線圖IM中所示的。在這種狀態(tài)下，可以說該結(jié)是“斷開”的。如上所述，通過施加足夠幅值的開關(guān)電壓，憶阻結(jié)可以被可逆地設(shè)置成至少兩個激活狀態(tài)。在特定實(shí)施例中，用于切換設(shè)備狀態(tài)的足夠電壓是從大約1. OV至大約2. 5V。如此設(shè)置的狀態(tài)將保持直到開關(guān)電壓被施加為止。每個憶阻結(jié)可以充當(dāng)數(shù)據(jù)存儲架構(gòu)中的非易失性存儲元件的基礎(chǔ)。在這種結(jié)構(gòu)的一個說明性實(shí)施例中，多個憶阻結(jié)可以被合并到交叉桿陣列200 中，如圖2所示。該交叉桿陣列由近似平行的納米線204的第一層202構(gòu)成，所述近似平行的納米線204被近似平行的納米線的第二層206覆蓋。第二層的納米線被定向?yàn)榻婆c第一層的納米線垂直，不過取向角度可能變化。雖然圖2中的各個納米線被示出為具有矩形橫截面，但納米線還可以具有方形、圓形、橢圓形或更復(fù)雜的橫截面。納米線也可以具有許多不同的寬度或直徑以及縱橫比或偏心率。除了納米線以外，術(shù)語“納米線交叉桿”可以指具有亞微米級線、微米級線或具有更大尺寸的線的一個或多個層的交叉桿。使用包含傳統(tǒng)光刻以及機(jī)械納米壓印技術(shù)的多種技術(shù)，可以制造層202、206?？商鎿Q地，納米線可以被化學(xué)合成，并且可以在包括Langmuir-Blodgett處理的一個或多個處理步驟中被沉積為近似平行納米線的層。也可以采用制造納米線的其他可替換技術(shù)，諸如干涉光刻術(shù)。許多不同類型的導(dǎo)電和半導(dǎo)電納米線能夠從金屬和半導(dǎo)體物質(zhì)、從這些類型物質(zhì)的組合以及從其他類型的物質(zhì)化學(xué)合成。通過多種不同的方法，可以將納米線交叉桿連接至微米級地址線引線或其他電子引線，以便將納米線合并到電路中。這兩層納米線形成網(wǎng)格，其中，第一層202的每個線疊加在第二層206的每個線上，并且在每個交叉點(diǎn)處與那些線緊密接觸。如上所述的憶阻結(jié)可以位于每個交叉點(diǎn)處，并且充當(dāng)一對納米線之間的電接觸部。通過這種方式，在第一層中的每個納米線可以與第二層中的每個納米線具有電接觸部。每個憶阻結(jié)100的第一電極102和第二電極104均與交叉線之一電接觸。在特定實(shí)施例中，交叉線本身可以充當(dāng)電極。在所述陣列中，每個憶阻結(jié)可以用于表示數(shù)據(jù)位。例如，在最簡單的情形中，結(jié)可以具有兩種狀態(tài)導(dǎo)電狀態(tài)和非導(dǎo)電狀態(tài)。導(dǎo)電狀態(tài)可以表示二進(jìn)制“1”，并且非導(dǎo)電狀態(tài)可以表示二進(jìn)制“0”或反之亦然。因此，通過改變結(jié)元件的導(dǎo)電狀態(tài)，可以將二進(jìn)制數(shù)據(jù)寫入陣列中。然后，通過感測結(jié)元件的狀態(tài)，可以取回該數(shù)據(jù)。通過將讀取電壓施加至結(jié)的電極，可以讀取憶阻結(jié)的狀態(tài)。例如，通過相對于第一 (下)電極施加負(fù)電壓至第二(上)電極，能夠讀取如上文及圖1所示的憶阻結(jié)。為了讀取狀態(tài)而不影響它，可以選擇太低而不能誘發(fā)移動摻雜劑的移動但將在激活的結(jié)中誘發(fā)電流流動的讀取電壓幅值。讀取電壓只需足以產(chǎn)生高于設(shè)備或讀取電路中的任何噪聲的可讀取的電流。因此，在適當(dāng)?shù)臈l件下，使用非常低的讀取電壓是可能的。在一個實(shí)施例中，適當(dāng)?shù)淖x取電壓幅值可以是從0. OlV至0. 8V。在“接通”狀態(tài)中，中等讀取電壓將導(dǎo)致可檢測的電流從第一電極通過結(jié)流到第二電極。在“斷開”狀態(tài)中，可能很少或沒有電流流動。電流存在與否、或電流強(qiáng)度的差異由此能夠?qū)⒔Y(jié)的狀態(tài)傳遞給讀取電路。在交叉桿架構(gòu)中，該相同的原理起作用，所述交叉桿架構(gòu)的示例在圖3A中示出。 為了說明的目的，僅示出了交叉桿架構(gòu)300的一部分，并且將納米線204示出為線條。納米線A和B在上層納米線中，并且納米線C和D在下層中。結(jié)lOOa-d在其交叉點(diǎn)處連接各個納米線。根據(jù)這個說明性實(shí)施例，通過相對于線C將負(fù)讀取電壓施加于線B，能夠讀取在線 B和線C之間的結(jié)IOOb的狀態(tài)。理想地，如果在施加讀取電壓時電流302流過該結(jié)，則讀取電路可以斷定該結(jié)處于其“接通”狀態(tài)。如果沒有電流或非實(shí)質(zhì)性電流流過該結(jié)，則讀取電路能夠斷定該結(jié)處于其“斷開”狀態(tài)。由于在兩種狀態(tài)之間電阻的巨大差異從而使它們能夠容易地被讀取電路區(qū)分開， 憶阻結(jié)的“接通”和“斷開”狀態(tài)在編碼信息方面可以是有效的。然而，應(yīng)指出的是，甚至在 “接通”狀態(tài)中，這些設(shè)備的電阻可能是相當(dāng)大的。例如，在“斷開”結(jié)可能展現(xiàn)數(shù)十至數(shù)百兆歐的電阻時，激活結(jié)的電阻可能在數(shù)十至數(shù)百千歐的范圍內(nèi)。作為這些結(jié)的高電阻的結(jié)果， 基于它們的設(shè)備能夠在低電流環(huán)境中被讀取并寫入，并且在操作期間消耗相對少的功率。在其中主要通過導(dǎo)電狀態(tài)表示信息的憶阻結(jié)的這種交叉桿陣列架構(gòu)中，結(jié)之間的串?dāng)_可能對數(shù)據(jù)讀取有不利影響。即，利用讀取電壓對一個結(jié)的詢問也可能導(dǎo)致許多泄漏電流304在陣列中沿其他路徑行進(jìn)，如圖;3B中所示。這些泄漏電流能夠充當(dāng)一種類型的電 “噪聲”，因?yàn)樗鼈兪莻坞娏鳎鰝坞娏骺赡鼙蛔x取電路檢測到并且從而模糊了結(jié)IOOb的希望的讀取。通過諸如上文討論的且在圖IA和IB中所示的結(jié)設(shè)備中的整流界面，在某種程度上解決了串?dāng)_的問題。例如，在“接通”狀態(tài)中(例如圖1A)的開關(guān)結(jié)中的非摻雜基體至電極界面120防止電流向下流過該結(jié)并進(jìn)入到下面的線中。這種整流防止該結(jié)充當(dāng)將影響相鄰結(jié)的讀取的泄漏電流的路徑。結(jié)果，在其中每個結(jié)包含有這種行為的陣列中，電流能夠從陣列的下面的線流到上面的線，但不能沿相反的方向流動。這在圖3C中示出，其中，施加于處于“斷開”狀態(tài)的結(jié)IOOb的讀取電壓將不會在線B上導(dǎo)致可檢測的電流。具體地，在泄漏電流304試圖行進(jìn)通過相鄰結(jié)IOOd時，泄漏電流304被阻擋。其他泄漏路徑在它們試圖從上層中的納米線傳到下層中的納米線時被類似地阻擋。這些結(jié)設(shè)備中的本征整流器行為能夠在讀取條件下提供有用的性質(zhì)。然而，這些二極管界面在它們經(jīng)受更高的反向偏置電壓時可能擊穿。這種更高的電壓可包括開關(guān)電壓，例如，用于將激活結(jié)變成“斷開”狀態(tài)的開關(guān)電壓。摻雜劑在憶阻基體內(nèi)的遷移率可能與施加的電壓指數(shù)相關(guān)。結(jié)果，可能希望的是使用高編程電壓來實(shí)現(xiàn)快速的寫入時間和準(zhǔn)確的結(jié)狀態(tài)。二極管和類似二極管的界面具有特性反向電壓，被稱為電介質(zhì)擊穿電壓，在該電壓處，反向電流流動的屏障擊穿。一旦該電介質(zhì)擊穿電壓被超過，界面變成永久導(dǎo)電的，并且電流能夠相對無阻礙地流過該屏障。此處所使用的術(shù)語“擊穿電壓”指在界面處的這種不可逆的化學(xué)和/或物理變化，而非諸如在雪崩二極管或齊納二極管中發(fā)現(xiàn)的那些之類的可逆擊穿機(jī)制。在某些情形中，如果在界面處的電流和加熱大得足以化學(xué)地改變該界面，則電介質(zhì)擊穿可能在正向偏置的情況下出現(xiàn)。
在特定實(shí)施例中，憶阻結(jié)可以包含不易受在開關(guān)電壓處擊穿的問題影響的本征整流構(gòu)件。在更具體的實(shí)施例中，該結(jié)可以包括在憶阻區(qū)材料和電極的界面處的材料，其中， 該材料在開關(guān)電壓處是導(dǎo)電的，并且在較低電壓(例如，讀取電壓)處導(dǎo)電性較低。在中等電壓處，這種界面能夠由此展現(xiàn)上述的類似于二極管的行為，而在較高的開關(guān)電壓處提供很小的電阻(并且經(jīng)歷小的電壓降)。在更特定的實(shí)施例中，溫度響應(yīng)轉(zhuǎn)換材料的薄層在憶阻區(qū)和電極之一的界面處被包含在該設(shè)備中。此處所使用的術(shù)語“溫度響應(yīng)轉(zhuǎn)換材料”指已知作為溫度的函數(shù)在導(dǎo)電率方面經(jīng)歷顯著的且可再現(xiàn)的改變的材料。更具體地，這種材料在特定溫度處經(jīng)受從導(dǎo)電材料至絕緣材料的轉(zhuǎn)換。在某些材料中，電性質(zhì)的這種改變伴隨著該材料的光性質(zhì)的改變。 這種材料的已知示例包括二氧化釩。特別地，其他材料以展現(xiàn)溫度驅(qū)動的光變化而著稱，但就它們中的任何一個展現(xiàn)導(dǎo)電率的變化而言，根據(jù)此處所討論的實(shí)施例它們可以被使用。 這些包括錳、鉬、鈦和鐵的氧化物。這些元素的許多合成物還已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)展現(xiàn)出溫度響應(yīng)相位變化，并且可以進(jìn)一步包括諸如鎘、汞、碲和硒的元素。在特定實(shí)施例中，使用的溫度響應(yīng)轉(zhuǎn)換材料是二氧化釩(V02)。已知二氧化釩在加熱到大約68°C時，經(jīng)受從透明半導(dǎo)電相位至反射導(dǎo)電相位的突然變化。通過改變V和0的比率或者向二氧化釩添加雜質(zhì)，能夠調(diào)高或調(diào)低這種相位轉(zhuǎn)換溫度。在特定實(shí)施例中，具有本征整流的憶阻結(jié)包含位于憶阻區(qū)和電極之間的其中一個界面處的二氧化釩的薄層。這個實(shí)施例的示例在圖4A和4B中示出，其中，與圖2中所示的類似的憶阻結(jié)400具有摻雜有氧空穴的TW2憶阻區(qū)106，并且另外包含位于憶阻區(qū)和下電極102之間的界面420處的二氧化釩層402。應(yīng)指出的是，VO2層的這種布置是示例性的， 并且，可替換地，這種層能夠位于憶阻區(qū)400和上電極104之間的界面處。界面的電特性由在每個結(jié)圖右側(cè)的電路符號表示。包含溫度響應(yīng)轉(zhuǎn)換材料的一種結(jié)果是，整流界面420具有電壓相關(guān)性質(zhì)(由虛線再現(xiàn)的二極管來指示)。在較低電壓處，高電阻層提供與電極的類似于肖特基的整流界面420。為了舉例說明，可以考慮相對于第一電極102 (其可以如圖4中所示的接地)被施加于第二電極104的示例性負(fù)讀取電壓。如果沒有移動摻雜劑110正在對所述界面進(jìn)行摻雜，那么，這兩個界面116,420是類似于肖特基的(在圖4A中表示為頭對頭的二極管)。在這種狀態(tài)中，該結(jié)“斷開”，并且，響應(yīng)于讀取電壓，電流不能沿任一方向流過該結(jié)。當(dāng)將該讀取電壓施加到處于“接通”狀態(tài)的結(jié)時，S卩，界面116被摻雜并且從而是歐姆的(在圖4B中表示為電阻器)，電流可以從第一電極向上流到第二電極。然而，由于 VO2-電極界面420的整流特性，電流不響應(yīng)于中等相反偏置讀取電壓沿相反方向流動。同樣，當(dāng)讀取相鄰結(jié)時，該結(jié)將不沿該方向通過泄漏電流。如上所述，通過施加足以移動摻雜劑并且改變憶阻區(qū)的導(dǎo)電率的電壓，能夠切換結(jié)的狀態(tài)。例如，圖4A中所示的氧空穴摻雜的結(jié)可以通過施加足夠強(qiáng)度的頂負(fù) (top-negative)開關(guān)電壓而被激活。開關(guān)電流流過正向偏置的VO2界面，并且摻雜劑向第二電極104移動。界面420的行為也在圖5中示出。應(yīng)指出的是，該曲線圖是為說明目的而提供的， 并非旨在限制可能由任何實(shí)施例展現(xiàn)的特定電流或電壓值。在正向偏置和中等反向偏置下，界面420表現(xiàn)為整流器，如上所述。然而，當(dāng)該界面被更強(qiáng)烈地反向偏置以將該結(jié)切換
8為“斷開”時，在界面420處包含溫度響應(yīng)轉(zhuǎn)換材料的另一結(jié)果被實(shí)現(xiàn)。當(dāng)將這個開關(guān)電壓通過電極施加于該結(jié)時，在初始電阻性的VA中場強(qiáng)度更高。此時，憶阻材料和VA 二者兩端的開關(guān)電壓下降。在州2中的高場強(qiáng)度導(dǎo)致該材料加熱，直到它達(dá)到它的轉(zhuǎn)換溫度，在轉(zhuǎn)換溫度點(diǎn)，VO2迅速變?yōu)楦邔?dǎo)電狀態(tài)。在這種狀態(tài)中，憶阻材料的電阻遠(yuǎn)高于VA的電阻，從而大部分電壓降駐留于憶阻區(qū)兩端。結(jié)果，在任一狀態(tài)中，開關(guān)電壓能量被更有效地用于誘發(fā)摻雜劑移動。此外，避免了本征整流器擊穿的風(fēng)險，因?yàn)榻缑嬖谠撻_關(guān)電壓處不充當(dāng)整流器。在返回更為中等的電壓后，VO2S回到轉(zhuǎn)換溫度以下，并且回復(fù)到其先前的電阻性狀態(tài)。 從而，本征整流器構(gòu)件被恢復(fù)為開關(guān)結(jié)?？傊?，當(dāng)被合并到納米線交叉桿陣列中時，配置成提供兩種穩(wěn)定導(dǎo)電狀態(tài)的憶阻結(jié)元件和穩(wěn)健的整流器界面能夠提供若干優(yōu)勢。這些優(yōu)勢包括泄漏電流的減少和較低的功耗。在編程期間設(shè)備的穩(wěn)定性允許使用更高的編程電壓，并且實(shí)現(xiàn)更快的寫入時間。雖然前述示例性實(shí)施例在一個或多個特定應(yīng)用中說明了本發(fā)明的原理，但是對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將顯而易見的是，在不運(yùn)用創(chuàng)造性能力以及不脫離本發(fā)明的原理和概念的情況下，可以對實(shí)施方式的形式、使用和細(xì)節(jié)做出許多修改。因此，除了由以下記載的權(quán)利要求限定以外，不打算限制本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種具有本征整流的憶阻結(jié)(400)，包括第一電極(102)；第二電極(104)；憶阻區(qū)(106)，其位于所述第一電極和第二電極之間，并且被配置成經(jīng)由在所述第一電極和第二電極之間施加的開關(guān)電壓(116)在兩種激活狀態(tài)之間切換，并且其中，通過在所述第一電極和第二電極之間施加讀取電壓，能夠確定所述激活狀態(tài)；以及整流器區(qū)，其被設(shè)置在所述第一電極和所述憶阻區(qū)之間的界面(420)處，并且包括溫度響應(yīng)轉(zhuǎn)換材料層(402)，所述溫度響應(yīng)轉(zhuǎn)換材料在開關(guān)溫度處或之上是基本導(dǎo)電的并且在所述開關(guān)溫度之下是基本電阻性的，其中，施加所述開關(guān)電壓導(dǎo)致所述溫度響應(yīng)轉(zhuǎn)換材料達(dá)到所述開關(guān)溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的憶阻結(jié)，其中，所述溫度響應(yīng)轉(zhuǎn)換材料是釩、錳、鉬、鈦和鐵中的至少之一的氧化物。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的憶阻結(jié)，其中，所述溫度響應(yīng)轉(zhuǎn)換材料是二氧化釩。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的憶阻結(jié)，其中，所述憶阻區(qū)(106)包括包含移動摻雜劑(110) 的憶阻材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的憶阻結(jié)，其中，從氧化鈦、二氧化鉿、氧化鋯、鈦酸鍶和氮化鎵中選擇所述半導(dǎo)體材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的憶阻結(jié)，其中，從由帶電空穴、陰離子、陽離子或它們的組合所組成的組中選擇所述移動摻雜劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的憶阻結(jié)，其中，所述開關(guān)電壓具有從大約1.OV至大約2. 5V的幅值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的憶阻結(jié)，其中，所述讀取電壓具有從大約0.OlV至大約0. 8V 的幅值。
9.一種憶阻結(jié)陣列，包括底線層(202)，所述底線被布置成彼此基本平行；頂線層(206)，所述頂線被布置成與所述底線基本垂直，并且在多個交叉點(diǎn)處覆蓋所述底線，以及根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備(400)，其位于每個交叉點(diǎn)處，從而所述第一電極被電連接至所述底線中的一個，并且所述第二電極被電連接至所述頂線中的一個。
10.一種制造憶阻結(jié)(400)的方法，包括將第一電極(102)沉積到基板(108)上；將溫度響應(yīng)轉(zhuǎn)換材料的層(402)沉積到所述第一電極上，所述溫度響應(yīng)轉(zhuǎn)換材料在開關(guān)溫度處或之上能夠呈現(xiàn)導(dǎo)電狀態(tài)并且在低于所述開關(guān)溫度時呈現(xiàn)基本電阻性的狀態(tài)；將憶阻材料層沉積到所述溫度響應(yīng)轉(zhuǎn)換材料層上，以產(chǎn)生憶阻區(qū)(106)；以及將第二電極(104)沉積到所述憶阻材料層上。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述溫度響應(yīng)轉(zhuǎn)換材料是釩、錳、鉬、鈦和鐵中的至少一個的氧化物。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述溫度響應(yīng)轉(zhuǎn)換材料是二氧化釩。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述憶阻區(qū)包括含有移動摻雜劑(110)的憶阻材料。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，從氧化鈦、二氧化鉿、氧化鋯、鈦酸鍶和氮化鎵中選擇所述半導(dǎo)體材料。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其中，從由帶電空穴、陰離子、陽離子或它們的組合所組成的組中選擇所述移動摻雜劑。
全文摘要
憶阻結(jié)(400)可以包括第一電極(102)和第二電極(104)，憶阻區(qū)(106)位于二者之間。憶阻區(qū)被配置成經(jīng)由在所述電極之間施加的開關(guān)電壓(118)在兩個激活狀態(tài)之間切換。通過在第一電極和第二電極之間施加讀取電壓，可以斷定激活狀態(tài)。該結(jié)進(jìn)一步包括位于第一電極和憶阻區(qū)之間的界面(420)處的整流器區(qū)，所述整流器區(qū)包括溫度響應(yīng)轉(zhuǎn)換材料層，其在開關(guān)電壓處是基本導(dǎo)電的并且在讀取電壓處是基本電阻性的。
文檔編號H01L27/115GK102484129SQ200980161379
公開日2012年5月30日 申請日期2009年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月10日
發(fā)明者P. 斯特拉錢 J., 楊 J., D. 皮克特 M. 申請人:惠普發(fā)展公司，有限責(zé)任合伙企業(yè)