[发明专利]一次编程存储器的多值存储方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种一次编程存储器的多值存储方法，属于微电子制造及存储器技术领域。

背景技术

目前国际上兴起了研究新一代存储器的热潮，各种新一代的存储器种类繁多，机制各异，具体哪种能够得到集成电路制造厂商和消费者的青睐尚不明确。但是有一点是可以肯定的，在保证性能的前提下，提高存储密度使得存储每位数据的成本越低就越有市场竞争力，这在很大程度上决定着新一代存储器能否最终被采用。一般而言，提高存储器的密度有两种有效的方式：第一是通过工艺或者器件结构设计来减小单元面积的尺寸，采用交叉阵列结构能够实现理论上的最小单元面积；第二是采用多级存储单元，它可以在不增大存储面积的情况下极大地提高存储密度，降低位/面积的成本，在实际应用中有着很好的市场前景。目前国际上各大公司和研究机构都在积极研发基于交叉阵列结构和基于多值存储单元的存储器技术，以期能在未来的市场竞争中占据领先地位。

作为下一代非挥发存储器的强有力竞争者，阻变存储器由于具备操作电压低、结构简单、操作速度快、记忆时间长、器件面积小、可多级存储及能进行三维堆叠等特点得到了广泛深入的研究。如图1所示，在外加偏压的作用下，器件的电阻会在高低阻态之间发生转换从而实现“0”和“1”的存储。阻变存储器能够采用交叉阵列结构实现高密度存储。在交叉阵列结构中，上下相互垂直的平行导线中间夹含着存储单元，每一个存储单元都可以实现器件的选通并进行读写。但是，由于存储器单元对称的电学特性，交叉阵列结构中存在读串扰问题。如图2所示相邻的四个器件，若A1为高阻态而其他为低阻态，在读取A1的阻态时，希望的电流通路如图2中实线所示，但实际上的电流通路却如图2中虚线所示，使得读出来的电阻值不是A1的高阻态电阻值，这就是读串扰现象，从而导致误读。

一次编程存储器是一种非常重要的非挥发性存储器，由于其结构简单、功耗低等特点被广泛的应用于永久性资料存储、代码存储、校准表及设置参数等一旦编程后一般不需改变的领域。一次编程存储器的重要特点就是成本低廉、存储密度高、功耗低及读取速度快，但是，一般的一次编程存储器都只具有两种状态：“0”和“1”，存储密度低，位/面积的成本高。

发明内容

本发明的主要目的在于，克服现有一次编程存储器存在的缺陷，而提供一种一次编程存储器的多值存储方法，所要解决的技术问题是实现一次编程存储器的多值存储、实现更高的存储密度以及避免交叉阵列结构中的误读。

本发明的一次编程存储器的多值存储方法，所述一次编程存储器包括双极型阻变存储器和整流二极管，所述双极型阻变存储器和所述整流二极管之间相串联；对所述一次编程存储器施加至少两种不同电压值的编程电压或者不同电流强度的编程电流，使所述一次编程存储器从高阻态转变成至少两种不同的低阻态，实现多值存储。

其中，所述双极型阻变存储器包括中间电极、电阻转变存储层和上电极，所述电阻转变存储层位于所述上电极和所述中间电极之间。

所述整流二极管为肖特基型二极管，所述肖特基型二极管包括下电极、二极管功能层和中间电极；所述二极管功能层位于所述中间电极和所述下电极之间。

所述二极管功能层由至少一种以下材料或者至少一种以下材料经掺杂改性后形成的材料而形成：NiO、TiO_x、CuO_x、ZrO_x、TaO_x、AlO_x、CoO、HfO_x、ZnO、Si和有机材料。

所述下电极由至少一种以下材料形成：Pt、Ag、Pd、W、Ti、Al、Cu、TiN、ITO、IZO、YBCO、LaAlO₃、SrRuO₃、Si以及多晶硅。

所述整流二极管为PN结型二极管，所述PN结型二极管包括下电极、二极管功能层和中间电极；所述二极管功能层位于所述中间电极和所述下电极之间；所述二极管功能层中的P型和N型材料层由至少一种以下材料或者至少一种以下材料经掺杂改性后形成的材料而形成：NiO、TiO_x、CuO_x、ZrO_x、TaO_x、AlO_x、CoO、HfO_x、ZnO、InZnO_x、Si以及有机材料。