[发明专利]具有电阻开关层的存储单元的组合

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2010年6月18号提交的美国临时专利申请No.61/356,327(案件No.SAND-01478US0)和于2011年3月25号提交的美国临时专利申请No.61/467,936(案件No.SAND-01478US1)的优先权，所述申请的内容通过引用并入本文中。

背景技术

本技术涉及数据存储。

许多材料表现出可逆的电阻变化或电阻开关(resistance-switching)行为，其中，材料的电阻是通过该材料的电流和/或在该材料上的电压的历史的函数。这些材料包括硫族化物、碳聚合物、钙钛矿以及某些金属氧化物(MeO_x)和金属氮化物(MeN)。具体地，存在包括仅一种金属并呈现可靠的电阻开关行为的金属氧化物和金属氮化物。如Pagnia和Sotnick在“Bistable Switching in Electroformed Metal-Insulator-Metal Device，”Phys.Stat.Sol.(A)108，11-65(1988)中所描述的，这类物质包括例如氧化镍(NiO)、氧化铌(Nb₂O₅)、二氧化钛(TiO₂))、二氧化铪(HfO₂)、氧化铝(Al₂O₃)、氧化镁(MgO_x)、二氧化铬(CrO₂)、氧化钒(VO)、氮化硼(BN)、以及氮化铝(AlN)。这些材料之一的电阻开关层(RSL)可以在初始状态(例如，相对低电阻状态)形成。在施加足够的电压时，材料转换到稳定的高电阻状态，该高电阻状态即使在电压被去除后仍然保持。这种电阻开关是可逆的，使得随后施加合适的电流或电压可用于使RSL返回到稳定的低电阻状态，该低电阻状态即使在电压或电流被去除后仍然保持。这种转换可以重复多次。对于一些材料，初始状态是高电阻而不是低电阻。置位过程(set process)可以指将材料从高电阻转换到低电阻，而复位过程可以指将材料从低电阻转换到高电阻。电阻开关存储元件(RSME)可以包括定位在第一电极与第二电极之间的RSL。

这些可逆的电阻变化材料适于使用在非易失性存储阵列中。例如，一个电阻状态可以对应于数据“0”，而另一个电阻状态对应于数据“1”。这些材料中的一些材料可以具有多于两个的稳定电阻状态。此外，在存储单元中，RSME可以与导引元件(steering element)例如二极管串联，该导引元件选择性地限制RSME上的电压和/或流过RSME的电流。例如，二极管可以允许电流在RSME的一个方向上流动而基本上阻止电流在其相反方向上流动。这样的导引元件本身通常不是电阻变化材料。相反，该导引元件允许存储单元被写和/或被读，而不影响阵列中的其他存储单元的状态。

已知具有由电阻变化材料形成的存储元件或存储单元的非易失性存储器。例如，名称为“Rewriteable Memory Cell Comprising A Diode AndA Resistance-Switching Material”的美国专利申请公开No.2006/0250836描述了一种可重写的非易失性存储单元，该可重写的非易失性存储单元包括有与电阻变化材料(例如MeO_x或MeN)串联耦接的二极管，该申请通过引用并入本文中。

然而，对于使得存储单元在尺寸上缩小的技术存在持续不断的需求。

附图说明

图1是包括有与导引元件串联的RSME的存储单元的一个实施方案的简化立体图。

图2A是由多个图1的存储单元构成的第一存储级(memory level)的一部分的简化立体图。

图2B是由多个图1的存储单元构成的三维存储阵列的一部分的简化立体图。

图2C是由多个图1的存储单元构成的三维存储阵列的一部分的简化立体图。

图3是存储系统的一个实施方案的框图。

图4A是描绘示例性的单极RSL的I-V特性的曲线图。

图4B是描绘两个示例性的单极RSL的I-V特性的曲线图。

图4C是描绘另一个示例性的单极RSL的I-V特性的曲线图。

图4D是描绘示例性的双极RSL的I-V特性的曲线图。

图4E是描绘另一个示例性的双极RSL的I-V特性的曲线图。

图5描绘了用于读取存储单元的状态的电路的实施方案。