[发明专利]忆阻设备以及制造和使用所述忆阻设备的方法

说明书

技术领域

本公开总体上涉及忆阻设备，并且涉及制造和使用所述忆阻设备的方法。

背景技术

先前已报告了可以可逆地切换并且具有高达10³的接通到断开电导的纳米级交叉线开关设备。这样的设备已经被用于构造交叉杆（crossbar）电路并且为具有动态/突触逻辑的超高密度非易失性存储器和系统的创建提供有前景的途径。已由交叉线开关的串联连接制造了锁存器（其是用于逻辑电路并且用于逻辑和存储器之间的通信的重要部件）。也描述了完全由开关的交叉杆阵列构造或者作为包括开关和晶体管的混合结构的新逻辑系列。这些新的逻辑系列具有显著提高CMOS电路的计算效率的潜力。

附图说明

通过参考下面的详细描述和附图，本公开的实施例的特征和优点将变得显而易见，在下面的详细描述和附图中相似的附图标记对应于相同或者相似（尽管可能不相等）的部件。为了简洁起见，可能结合具有先前描述的功能的附图标记出现的后续附图或者可能不结合它们来描述所述附图标记。

图1A是连接两个不同的交叉线的固态电气致动（electrically actuated）开关的实施例的透视图；

图1B是示出也被称为交叉杆的图1A的开关阵列的透视图；

图2是此处公开的忆阻设备的实施例的示意性横截面图；

图3A至图3C是设备以及对应的电流-电压曲线图的实施例的示意图；

图4A和图4B是经历阈值切换事件的导带以及对应的电流-电压曲线图的示意图；

图5A和图5B示意性地描述在致动之前和之后的设备实施例的有源区中的杂质带，由此在致动之后产生新的状态；以及

图6A和图6B示意性地描述在致动之前和之后的设备的另一实施例的有源区中的杂质带，由此在致动之后现有的状态被钝化。

具体实施方式

在此处所公开的设备的实施例包括位于两个电极之间的有源区。金属电极和半导体有源区之间的接触区形成用于电流载体（例如电子或空穴）的肖特基势垒。至少两个移动离子物种（ionic species）被引入到了有源区，并且这样的物种可以被调节以实现期望的界面性质（例如诸如电势/肖特基势垒高度和/或宽度）或者期望的体积性质（例如诸如传导或杂质带输送）。

在此处所公开的实施例中，所述至少两个物种（它们中的一些是离子）具有不同的移动性、不同的浓度、不同的电荷状态、相反的电荷、不同的化学性质、不同的物理性质（例如活化能垒）或其组合。因此，当该物种在电场和/或升高的温度下漂流和/或扩散通过整个有源区或部分有源区时，将改变该设备的状态变量。要了解的是，在制造期间，此处所公开的设备可以被调节成实现期望的电气性质。

在一些实施例中，此处所公开的设备是可配置的，意味着它可以经由可逆的过程而多次改变其状态。换句话说，此处所公开的设备可以被开启和关闭多次，例如非易失性随机存取存储器（RAM）中的存储位。在其他实施例中，此处所公开的设备可以是可单独配置的，意味着它可以经由不可逆过程来改变其状态一次。这样的开关可以例如是可编程只读存储器（PROM）的基础。要理解，此处所公开的多状态可变设备表现了许多不同的中间状态，其可以适合于多位存储。

当与由单个状态变量表征的忆阻器比较时，此处所公开的设备具有由更高维度空间限定的更高的自由度。所增加的维度提供增加的状态集，从而提供具有附加能力（例如逻辑电路应用）的设备。

在忆阻器中，欧姆定律（即偏置电压V和电流I之间的关系（V=R*I））是忆阻性M[q]而不是欧姆电阻的非线性动态函数，其中q是穿过忆阻器的电荷。由此，

V(t)=M[q(t)]*I(t)             （等式1）

忆阻性提供了穿过设备的电荷q和与偏置电压V共轭的磁通量（                                                ）之间的函数关系，其中M=d/dq和。在时间t上通过的电荷q通常被看作忆阻设备的状态变量。本发明人已发现通过将多种移动物种结合到忆阻设备中，可以实现不同的状态变量q₁、q₂、…q_n。在这种情况下，实现下面的函数关系：

                  （等式2）

其中包括离子物种（1…n）的非常不同的移动性。