[发明专利]带有改进的接触点的电可编程存储器元件

说明书

相关的专利申请信息

本专利申请是1997年10月1日提交的、美国专利申请序列号08/942,000的继续部分。

发明领域

本发明总的涉及独特地设计的固态的、电运行的存储器元件。更具体地，本发明涉及在电接触点与作为存储器元件的整体部分的存储器材料之间的新的结构关系。

发明背景

Ovonic EEPROM是专用的、高性能、非易失性、薄膜电子存储器器件。它的优点包括数据的非易失性贮存，高的比特密度的潜力，以及由于由于它的小的占地面积和简单的两端口器件结构从而是低成本的，长的再编程周期寿命，低的编程能量和高的速度。Ovonic EEPROM能够具有模拟和数字形式的信息贮存。数字贮存可以是二进制(每个存储器单元一个比特)或多状态的(每个存储器单元多个比特)。

把可电写入和擦除相位改变的材料利用于电子存储器应用项的总的概念在技术上是已知的，例如在授权给Ovshinsky的美国专利No.3,271,591和3,530,441中所揭示的，这两个专利被指派给与本发明相同的代理人，以及这两个专利在此引用，以供参考。

在‘591和‘441专利中描述的早期的相位改变材料是基于局部结构次序的改变。结构次序的改变典型地是通过材料内的某些类别的原子迁移而调节的。在非结晶和结晶状态之间的这样的原子迁移需要对于调节迁移所必须的时间，由此，使得编程时间和编程能量相当高。

相对较慢的(由当前标准)编程速度，特别是当按较大的局部次序的方向(按增加晶体化的方向)被编程时，以及相对较高的输入能量在限制的场合下需要发起局部次序中的改变，这阻止在专利中描述的存储器单元作为对于当前的计算机存储器应用项(诸如磁带、软盘、磁或光的硬盘驱动、固态硬盘闪存，DRAM，SRAM，和插入式闪烁存储器)的直接的和通用的替换的广泛使用。

这些限制的最重要部分是对于得到在硫化物材料的化学的和/或电子约束结构中可检测的改变所需要的相对较高的能量输入，以便发起按局部次序的可检测的改变。对于切换这些材料所需要的电能量典型地在约一个微焦耳的范围中测量。应当指出，这个能量必须被传递到在存储器单元的行和列的固态矩阵中每个存储器元件。这样的高的能量转换成对于地址线和对于与每个分离的存储器元件有关的存储单元绝缘/寻址器件的高的电流载送要求，

当EEPROM被使用于大尺度归档贮存时，低的编程能量是特别重要的。以这种方式使用时，EEPROM将代替当前的计算机系统的机械硬驱动(诸如磁或光的硬驱动)。对于带有EEPROM“硬件驱动”的、传统的机械硬驱动的这种代替的主要理由之一是减小机械系统的相对较大的功率消耗。在笔记本电脑的情形下，这是特别重要的，因为机械硬盘驱动是其中最大功率消费源之一。所以，减小这个功率负载是特别有利的，由此提高电源电池的每次充电的、计算机运行时间。然而，如果对于机械件驱动的EEPROM替换具有高的切换能量要求(所以是高的功率要求)，则功率节省可能是不重大的，或至多是不现实的。所以，被认为是通用存储器的任何EEPROM需要低的编程能量。

在Ovshinsky专利中描述的电存储器材料的切换时间也是重要的。这些材料典型地需要几毫秒范围内的时间用于设定时间(对于材料从非晶体切换到结晶体状态所需要的时间)；以及约1微秒用于复位时间(对于材料从结晶体切换到非晶体状态所需要的时间)。

具有减小的电切换时间和编程能量的电位相改变材料和存储器单元在Ovshinsky的、共同指派的美国专利No.5,166,758中描述的，该专利的揭示内容在此引用，以供参考。电位相改变材料和存储器单元的其它例子在共同指派的美国专利No.5,296,716，5,414,271，5,359,205，5,341,328，5,526,947，5,534,712，5,687,112和5,825,046中提供的，这些专利的揭示内容在此引用，以供参考。电位相改变材料和存储器单元的再一个例子在共同指派的美国专利申请No.08/878,870，09/102,887和08/942,000中提供的，该专利的揭示内容在此引用，以供参考。