[发明专利]存储元件和存储装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种存储元件和一种存储装置，该存储元件和存储装置通过包含离子源层的存储层的电特性的改变能够存储二个以上信息。 

背景技术

DRAM(动态随机存取存储器)，其操作快、密度高，已被广泛用作例如计算机等信息装置中的RAM(随机存取存储器)。然而，与用于电子设备中的普通逻辑电路LSI(大规模集成电路)或信号处理相比，DRAM制造过程复杂，生产成本高。并且，DRAM是易失性存储器，其电源被切断时信息丢失。因此，有必要经常执行刷新操作，即，执行读出已写入信息(数据)、执行再放大以及再次执行重写的操作。 

因此，作为即使电源被切断其存储的信息也不会丢失的非易失性存储器，已经提出了例如闪存、FeRAM(铁电随机存取存储器)(铁电存储器)、MRAM(磁阻式随机存取存储器)(磁存储元件)。这些存储器，即使没有电源供给，写入其中的信息也能够长时间持续保持。 

但是，上述各种非易失性存储器有其各自优缺点。闪存集成度高，但操作速度方面没有优势。FeRAM在用来获得高集成度的微 加工中存在限制，并且在制造工艺方面也存在问题。MRAM存在功耗的问题。 

因此，已经提出了一种特别是在存储元件的微加工限制方面有优势的新型存储元件。该存储元件具有这样一种结构，包含某种金属的离子导体夹在两电极之间。该存储元件中，两电极中的任一个含有离子导体中所包含的金属。因此，当在两电极间施加电压时，包含在电极中的金属作为离子扩散到离子导体中。从而，离子导体的电特性(例如电阻值或电容)发生变化。例如，专利文献1和非专利文献1均记载了利用此特性的存储装置的构造。特别是在专利文献1中，提出了这样一种构造，离子导体由硫族(元素)化物和金属的固溶体组成。具体来说，它由这样一种材料组成，Ag、Cu和Zn在AsS、GeS和GeSe中形成固溶体，两电极的任一个包含Ag、Cu和Zn。 

专利文献1：日本未审查PCT公开第2002-536840号 

非专利文献1：NIKEEI ELECTRONICS，2003年1月20日发行(第104页) 

发明内容

然而，具有上述构造的每种存储元件均存在以下问题：当存储元件被长时间放置或被放置在比室温高的温度环境中时，在离子导体的电阻值为低电阻值的存储状态(例如“1”)下或离子导体的电阻值为高电阻值的擦除状态(例如“0”)下，电阻值发生变化并且不能保持信息。在保持信息的特性如先前所述较低的情况下，装置特性就不适合在非易失性存储器中使用。 

此外，为在每个相同面积上完成大容量记录，当不仅高电阻状态“0”和低电阻状态“1”的电阻值被保持，而且例如，在几百MΩ的高电阻状态和几百kΩ的低电阻状态之间的任意值的电阻值能够被保持时，不仅扩展了存储器的运算余量(operational margin)，而且可以进行多值记录。具体地，当能够存储4种电阻状态时，可以存储2比特/元件的信息；当能够存储16种电阻状态时，可以存储3比特/元件的信息，从而存储容量可分别提高2倍和3倍。 

然而，现有的存储元件中，例如当电阻值的可变范围从几kΩ至几百MΩ时，在低电阻状态下能够被保持的电阻值为大约10kΩ或更低，而在高电阻状态下能够被保持的电阻值为大约1MΩ或更高。从而存在这样的问题：难以保持在高电阻状态和低电阻状态之间的电阻值，因此难以实现多值存储。 

考虑到上述问题而作出本发明。本发明目的之一在于提供一种存储元件和一种存储装置，该存储元件和存储装置具有用来获得大容量的优良特性以及在高速操作下优异的电阻值保持特性，其中，在该存储元件和存储装置中，尤其改善了在高电阻状态(擦除状态)下保持电阻值的特性并能够多值存储。 

根据本发明的存储元件具有在第一电极和第二电极之间包含离子源层的存储层，并通过存储层的电特性(例如电阻值)的变化来存储信息，而离子源层包含Al(铝)，离子导电材料以及待离子化的金属元素(可离子化的金属元素，metal element to be ionized)。 

根据本发明的存储装置设置有多个存储元件和用来将电压或电流脉冲选择性地施加至多个存储元件的脉冲施加器件(pulseapplying means)，并利用上述本发明的存储元件作为存储元件，其中，每个存储元件具有在第一电极和第二电极之间包含离子源层的存储层，并通过存储层的电特性的变化存储信息。