[发明专利]一种实现多值电阻存储器的方法

说明书

技术领域

本发明涉及信息存储技术领域，具体的涉及到一种实现多值电阻存储器的方法。

背景技术

目前主流的非挥发型存储器都是基于浮栅式MOS管单元结构。它通过在浮栅中写入或擦除电荷来改变MOS管的阈值电压，根据阈值电压的高低记忆信息。浮栅型存储器的概念最早由D.Kahng和S.M.Sze于1967年提出，基于此概念，半导体工业相继发展出EPROM、EEPROM及目前主流的FLASH存储器。手机、mp3和各种移动电子产品的发展使FLASH类的非挥发性存储器拥有非常广大的市场，并且这一市场还在不断增大。但是随着半导体工业的技术升级和换代，浮栅型存储器的不足也越来越明显。

第一，浮栅型存储器在60nm至45nm工艺的缩小化过程中会遇到很大的因难，因为它的电荷写入和擦除机制要求栅保持在一定的厚度，该值不能与器件尺寸一同缩小。

第二，浮栅存储单元采用沟道热电子注入方式向浮栅写入电荷，编程时源漏电压必须大于或等于3.2V才能使沟道电子获得足够穿过隧穿介质层的能量，这限制了浮栅存储器功耗的降低。

第三，浮栅存储器的写入擦除速度低，目前的产品指标都在微秒量级，这大大限制了它的应用范围，尤其是集成到嵌入式系统。

因此，以高密度、高速低功耗为主要特征的下一代非挥发性存储器成为了当前的研究热点。

电阻式存储器，是一类正在积极研究中的新型非挥发性存储器。它具有操作速度快、功耗低、多状态记忆、结构简单、适应于微缩化，与目前的CMOS工艺兼容好等优点，是下一代非挥发性存储器的有力的竞争者之一。它的存储原理是某些薄膜材料能够具有不同的电阻状态，并在一定条件的电压作用下在不同电阻状态间转换，可以施加一较小的电压来感测材料的电阻而不引起它的电阻状态改变。

发明内容

(一)要解决的技术问题

电阻存储器以电阻值来代表所存储的信息，一个电阻存储器单元所具有的电阻状态越多，所能存储的信息就越多。比如1个比特位要求2个电阻状态，2个比特位要求4个电阻状态，一般的N个比特位需要2^N个电阻状态。本发明的主要目的在于提供一种实现电阻存储器多电阻状态的方法，以实现多值存储，提高电阻存储器的存储密度。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种实现多值电阻存储器的方法，该方法包括：

制作电极层/电阻转变层/电极层这样三明治结构的电阻存储器单元，并在电极层与电阻转变层交界的电极层表面上制作多个突起的导电尖端，该导电尖端的高度不等；

在两边电极层加大小不等的电压，在导电尖端处形成电场，该电场诱导导电细丝在尖端处形成并最终连通两电极层，实现多值电阻存储器。

上述方案中，所述电极层采用的材料是金属、低电阻率的高掺杂硅或者TiN。

上述方案中，所述电阻转变层是掺杂或不掺杂的过渡族金属氧化物，或者是固态电解质材料。

上述方案中，所述导电尖端采用的材料与电极采用的材料相同或者不同，且具有较好的导电性。

上述方案中，所述电极层表面的导电尖端是在制作电极/电阻转变层/电极这一结构之前或制作的过程中进行制作的。

上述方案中，所述在两边电极层加大小不等的电压，电阻转变层内部能够生成连接两电极层的导电细丝，使整个三明治结构的存储器变为低电阻；在适当的大电流作用下，导电细丝将会断裂，驱动存储器变回为高电阻状态。无论存储器处于高电阻态或低电阻态，在较低电压作用下或是无电压作用时，电阻都不会改变。

上述方案中，所述在两边电极层加大小不等的电压，在导电尖端处形成电场，具体包括：

在较小电压V₁作用时，高度最大的导电尖端因为距另一电极最近，其尖端处电场较其它尖端为大，从而最容易在该处形成导电细丝，此时器件变化到电阻R₁；

若施加一较大电压V₂，高度稍小一些的尖端处也能够诱导形成导电细丝，电阻变化到R₂，并且R₁＞R₂；

依此类推，制做n个高度不等的导电尖端，n为自然数，则器件将处于n+1个电阻状态中，从而实现了多值存储。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有一下有益效果：

1、利用本发明，由于在同一个电阻转变器件内实现了多处导电细丝的控制性生长，所以可以在同一个器件存储多个电阻状态，从而实现了多值高密度存储。