[发明专利]包含纳米复合材料绝缘体的相变存储单元

说明书

技术领域

本发明涉及一种存储单元，其包括第一电极、第二电极、位于第一电极和第二电极之间的存储材料、以及接触存储材料的纳米复合材料绝缘体。

背景技术

半导体存储器为电子设备提供记忆存储，并且在电子产品工业中已变得十分流行。通常，典型地会在硅晶片上制造(或构造)许多半导体芯片。从晶片中分别分离出半导体芯片分离，以随后用作电子设备中的存储器。鉴于此，半导体芯片包括存储单元的阵列，该阵列被配置为存储可恢复数据，可恢复数据的特征在于逻辑值通常为0和1。

一类半导体存储器是电阻存储器。它们通常使用可切换电阻器的两个或更多个不同电阻值，以限定存储器中可用于存储数据的单元状态。一种特殊的电阻存储器是相变存储器。在一个已知结构的相变存储单元中，存储单元形成在相变存储材料和电极的相交处。使适当值的能量通过电极来加热相变存储单元，从而在其原子结构方面影响相变/状态改变。例如，可在逻辑状态0与1之间选择性切换和/或在多个逻辑状态之间选择性切换相变存储单元。

表示出上述相变存储特征的材料包括元素周期表的VI族元素(诸如碲和硒)及其合金，其合金被称为硫族化物或硫族化物材料。其他非硫族化物材料也表现出相变存储特征。

可以在非晶状态和一个或多个结晶状态之间切换一种类型相变存储单元的原子结构。非晶状态具有比结晶状态更大的电阻，并且通常包括仅具有近程配位的无序原子结构。相反，结晶状态通常均具有高度有序的原子结构，并且结晶状态的原子结构越有序，电阻越低(并且导电率越高)。

当相变材料的原子结构维持在(或稍高于)结晶温度时，其原子结构变得高度有序。随后缓慢冷却材料，从而使得原子结构的稳定定向在高度有序(结晶)状态。例如，在硫族化物材料中，为了切换回或重置为非晶状态，通常将局部温度升高至融化温度(近似于600摄氏度)之上，以实现高度随机的原子结构，并且随后被迅速冷却，以将原子结构“锁定”在非晶状态。

可以以各种方式实现温度状态中由于温度而引起的设置/静止改变。例如，可以使激光指向相变材料，可以通过相变材料驱动电流，或可以使电流通过接近相变材料的电阻加热器。在这些方法中的任一种方法中，受控加热相变材料使得在相变材料内产生受控相变。

存储单元中由于温度而引起的设置/静止改变在每个单元内产生局部升温、或热点。存储单元中热点的无效热绝缘需要增加电流(并因而增加能量)，以重置存储单元中的存储状态。通常，需要减少改变存储单元中的存储状态所需的能量，以能够使用较少选择的设备，从而减小存储装置的整体尺寸。

鉴于这些和其他原因，需要本发明。

发明内容

本发明的一个方面提供了一种存储单元。该存储单元包括第一电极、第二电极、位于该第一电极与该第二电极之间的存储材料、以及接触该存储材料的纳米复合材料绝缘体。

附图说明

附图是为了进一步理解本发明，并入本说明书中并构成了本说明书的一部分。附图示出了本发明的实施例，并且与描述一起用于解释本发明的原理。由于参考以下详细描述更好地了解本发明，所以将会容易地理解本发明的其他实施例和本发明的许多预期优点。附图中的元件不一定相对于彼此按比例绘制。相似的参考标号表示相应的类似部件。

图1示出了根据本发明的一个实施例的包含存储单元的存储装置的简化框图；

图2示出了根据本发明的一个实施例的柱状存储单元的横截面图；

图3A示出了根据本发明的另一个实施例的柱状存储单元的横截面图；

图3B示出了根据本发明的一个实施例的纳米复合材料绝缘体的微观示意图；

图4示出了根据本发明的一个实施例的包括密封层的柱状存储单元的横截面图；

图5示出了根据本发明的一个实施例的V形单元的存储单元的横截面图；

图6示出了根据本发明的另一个实施例的V形单元的存储单元的横截面图；

图7示出了根据本发明的一个实施例的包括密封层的V形单元的存储单元的横截面图；

图8示出了根据本发明的一个实施例的蘑菇状通孔的存储单元的横截面图；

图9示出了根据本发明的另一个实施例的蘑菇状通孔的存储单元的横截面图；

图10示出了根据本发明的一个实施例的包括密封层的蘑菇状通孔的存储单元的横截面图；

图11示出了根据本发明的一个实施例的线状单元存储单元的横截面图；

图12示出了根据本发明的另一个实施例的线状单元存储单元的横截面图；