[发明专利]非线性忆阻器

说明书

政府声明

本申请在政府支持下完成。政府对本申请具有一定权利。

背景技术

电子设备的持续发展趋势为使设备尺寸最小化。尽管当前阶段的商业微电子是基于亚微米设计规则，但重要研究和开发力度是针对探索纳米级的设备，设备尺寸通常以纳米或数十纳米测量。除了与微米级设备相比显著减小的单个设备尺寸以及高得多的组装密度，由于纳米级的物理现象(无法在微米级上观察到)，纳米级设备还可提供新的功能。

例如，最近报导了纳米级设备中使用氧化钛作为切换材料的电子开关。已将该设备的电阻开关特性与L.O.Chua在1971年最初预测的忆阻器电路元件理论联系在一起。纳米级开关中的忆阻特性的发现已产生重大影响，并且存在实质的继续研究努力以进一步开发这种纳米级开关并且以各种应用使之实施。众多重要的潜在应用之一是使用这种开关设备作为记忆单元以存储数字数据。

为了与CMOS FLASH存储器竞争，出现的电阻开关需要具有超过至少数百万的开关循环的开关耐久性。设备内部的可靠的切换通道可显著改善这些开关的耐久性。正在探索不同的切换材料系统以获得具有诸如高速、高耐久性、长保持力、低能量和低成本的理想电子性能的忆阻器。

附图说明

图1A至1C各自为侧视图，描绘了基于本文公开的原理的忆阻器设备的一个实施例。

图2A为根据本文公开的原理在电流(以A计)和设备电压(以V计)的坐标上的 Pt/TaO_x/纳米帽VO₂/V系统的切换电流/电压回路的图。

图2B为根据本文公开的原理在电流(以A计)和设备电压(以V计)的坐标上的 Pt/TaO_x/纳米帽VO₂/V系统的切换电流/电压回路的图。

图3A为根据本文公开的原理在电流(以A计)和设备电压(以V计)的坐标上的Pt/TaO_x/纳米帽NbO₂/Nb系统的切换电流/电压回路的图。

图3B为根据本文公开的原理在电流(以A计)和设备电压(以V计)的坐标上的 Pt/TaO_x/纳米帽NbO₂/Nb系统的切换电流/电压回路的图。

图4描绘了根据本文公开的原理形成非线性忆阻器的实施例方法的流程图。

图5为根据本文公开的原理的装有非线性电子设备的交叉纳米线结构的等距视图。

具体实施方式

现详细参考公开的非线性忆阻器的具体实施例和用于制造公开的非线性忆阻器的方法的具体实施例。当可应用时，还简要描述可替代的实施例。

非线性电子设备不呈现线性电流/电压(I/V)关系。非线性电子设备的实施例包括二极管、晶体管、一些半导体结构以及例如忆阻器的其它设备。非线性电子设备可广泛用于各种应用，包括放大器、振荡器、信号/功率调节、运算、存储和其它应用。

然而，尽管忆阻器在高阻态通常可呈现非线性，但它们在低阻态的线性I/V特性可限制其应用，例如在大的无源交叉杆阵列中。

除非另作说明，如本文的说明书和权利要求中所使用的，单数形式“一个(a)”、“一个(an)”和“所述(the)”包括复数指代。

如说明书和所附权利要求中所使用的，“大约”和“约”是指由例如制造过程中的变化引起的±10％的偏差。

在以下的详细描述中，参考本公开的附图，附图说明了可实现本公开的具体的实施例。可以多种不同方位布置实施例的组件，并且在涉及组件的方位中使用的任何方向术语是为了说明的目的而使用而绝不为限制。方向术语包括例如“顶部”、“底部”、“前面”、“后面”、“前列”、“尾部”等的词。

应理解的是存在可实现本公开的其它实施例，并且可做出结构或逻辑的改变而不背离本公开的范围。因此，以下详细的描述不是限制意义上做出的。相反，由所附的权利要求限制本公开的范围。

忆阻器是可在宽范围的电子电路(例如存储器、开关以及逻辑电路和系统)中用作组件的纳米级设备。在存储结构中，可使用忆阻器的交叉杆。当用作存储器的基础时，可使用忆阻器存储一些信息，1或0。当用作逻辑电路时，忆阻器可用作类似于现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)的逻辑电路中的结构位和开关，或可为布线逻辑的可编程逻辑阵列(Programmable Logic Array，PLA) 的基础。