[发明专利]采用突跃金属－绝缘体变换的存储器件及其操作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种存储器件及其操作方法，更具体而言，涉及一种采用突跃金属-绝缘体变换(metal-insulator transition：MIT)的存储器件及其操作方法。

背景技术

利用晶相和非晶相之间的结构相变的相变存储器件是存储器件的一个例子。这种相变存储器件需要相变材料的高熔解温度和大量的结晶时间，因而在重复的切换操作中不稳定。其原因在于所述相变存储器件利用了相变材料的结构相变。

利用伴随材料的结构相变的电阻变化的电阻变化存储器件是存储器件的另一个例子。在美国专利No.5761115、美国专利No.5896312、美国专利No.5914893、美国专利No.6084796、美国专利No.6653193和S.Seo等人的文章[Appl.Phys.Lett.85，p5655，2004]中公开了这种电阻变化存储器件。根据这些文献，所述电阻变化存储器件利用了具有可变电阻的材料(下文称为电阻变化材料)中含有的树枝状晶体导体(dendrite conductor)(或快离子导体)。也就是说，在向电阻变化材料施加电压时，树枝状晶体导体的尺寸扩大或缩小，从而导致电阻变化材料的电阻变化。具体地，在向电阻变化材料施加正电压时，树枝状晶体导体扩大，从而在电极之间形成导电通路，由此使电阻变化材料变为低阻状态。另一方面，在向电阻变化材料施加负电压时，树枝状晶体导体尺寸缩小，从而降低了导电通路的尺寸，由此使电阻变化材料变为高阻状态。

但是，电阻变化存储器件要经历电阻变化材料的结构相变。也就是说，电阻变化材料包括树枝状晶体导体，因而是一种具有至少两种相的不均匀材料。而且，在未生成树枝状晶体导体或者其浓度低时，电阻变化存储器件无法满足存储特性。此外，由于电阻变化存储器件在高阻状态产生热，因而电阻变化存储器件可能在长时间的使用之后丧失存储特性。

总之，由于相变存储器件和电阻变化存储器件均受到结构相变的影响，因而相变存储器件和电阻变化存储器件都不适合作为高速切换器件。因此，改进的存储器件不用经历结构相变，其保持了均匀的薄膜，因而能够根据要求执行高速切换操作。

发明内容

技术问题

本发明提供了一种不经历结构相变的存储器件，其保持了均匀的薄膜，并且能够执行高速切换操作。

本发明还提供了所述存储器件的操作方法。

技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种存储器件，其包括：衬底；设置在所述衬底上的突跃MIT(金属-绝缘体变换)材料层，其通过电子之间的能量变化而经历突跃MIT；以及与所述突跃MIT材料层接触的多个电极，通过加热使所述多个电极熔化，从而在所述突跃MIT材料层上形成导电通路。

所述多个电极可以是单晶或多晶。

所述多个电极可以相互间隔预定距离而设置。所述多个电极之间的预定距离可以为使得足以形成所述导电通路。

根据本发明的另一方面，提供了一种存储器件的操作方法，所述方法包括：在衬底上形成突跃MIT(金属-绝缘体变换)材料层，其通过由空穴掺杂导致的电子之间的能量变化而经历突跃金属-绝缘体变换；使多个电极与所述突跃MIT材料层接触；通过向所述多个电极施加第一电压使所述多个电极熔化而在所述突跃MIT材料层上形成导电通路；以及使所述突跃MIT材料层保持金属相。H.T.Kim等人的文章，New J.Phys.6(2004)52给出了通过空穴掺杂实现的突跃金属-绝缘体变换。

所述方法还包括，在形成所述导电通路之后，通过向所述多个电极施加第二电压而使所述突跃MIT材料层变为绝缘体。

所述存储器件可以在施加第一电压时保持导通状态，在施加第二电压时保持截止状态。可以根据所述突跃MIT材料层的形状和类型以及所述多个电极之间的距离确定所述第一和第二电压之间的差值。

附图说明

通过参考附图详细描述其示示范性实施例，本发明的上述和其他特征和优点将变得更加显见，在附图中：

图1是示出了应用于本发明的实施例的突跃MIT材料层的电流电压关系的曲线图；

图2是根据本发明的实施例的被构造为水平结构二端子器件的第一存储器件的截面图；

图3A到3C是示出了突跃MIT材料层的表面态根据施加至图2中的第一存储器件的电压而变化的SEM照片；

图4A是示出了图2中的第一存储器件的电流电压关系的曲线图；

图4B是图4A中的部分“a”的放大图；

图5是示出了在衬底、突跃MIT材料层和电极之间进一步形成缓冲层时第一存储器件内的电流电压关系的曲线图；