[发明专利]电阻开关材料元件以及采用该电阻开关材料元件的器件

说明书

技术领域

本公开涉及用于电阻开关（resistance switching）材料元件的方法和设备以及采用该电阻开关材料元件的装置。

背景技术

当利用电阻开关性质且以包括交叉（crossbar）结构的单元的形式集成的元件被用作存储器件时，由于从相邻存储单元产生的干扰信号而存在数据可能没有能被准确地读取或写入的问题。这是因为当从交叉结构中的单元读取数据或将数据写入到其上时，部分电信号必然施加到相邻的存储单元。为了解决该问题，诸如开关或整流二极管的选择器（selector）被连接到每个存储单元以阻止部分电信号，但是结构变得复杂。

根据常规方法，为了连接选择器以及利用电阻开关性质的元件，制造具有选择器性质的元件，然后将该元件连接到电阻开关元件。然而，在此情形下，由于不仅选择器的工艺数目和材料成本增加，而且一般选择器的结构具有至少三层的金属/非金属/金属的结构，所以元件的整体厚度会增大，于是对于具有厚度限制的元件难以使用常规的方法。

发明内容

本发明提供了具有自整流性质（固有地包括选择器的性质）以克服经济和结构的限制的电阻开关材料元件、以及采用该电阻开关材料元件的装置。

额外的方面将在以下的描述中被部分地阐述，并将部分地从该描述而显然，或者可以通过实践给出的实施例而获知。

根据本发明的一方面，一种电阻开关材料元件包括：电阻开关材料层，设置在第一电极与第二电极之间；以及自整流层，设置在电阻开关材料层与第一和第二电极中的任一个之间。

自整流层可以设置为接触电阻开关材料层。

自整流层可以设置为具有根据所施加的电压而改变的隧穿机制。

自整流层可以设置为在第一电压具有电流的流动受到限制的直接隧穿性质，以及在比第一电压高的第二电压具有电流的流动迅速增加的隧穿性质。

自整流层可以包括在自整流层的厚度方向上具有不同的导带偏移的第一区域和第二区域。

自整流层可以设置为使得第一和第二区域中的，与向所述电阻开关材料层施加用于产生电阻变化的电流的方向更靠近的其中一个区域具有相对大的导带偏移。

第一和第二区域可以设置为具有约0.5eV或更大的导带偏移差。

第一和第二区域可以设置为具有大于或等于约1.0eV且小于或等于约4.0eV的导带偏移差。

自整流层可以具有包括至少两个层的结构，该至少两个层包括具有第一区域的第一电介质材料层和具有第二区域的第二电介质材料层，该第二电介质材料层由与第一电介质材料层不同类型的材料形成。

第一和第二电介质材料层中的任一层可以是具有相对大的导带偏移的低电介质材料层，另一层可以是具有相对小的导带偏移的高电介质材料层。

第一和第二电介质材料层中的至少之一可以由从SiO₂、Al₂O₃、Y₂O₃、La₂O₃、HfO₂、ZrO₂、Nb₂O₅、TiO₂、Ta₂O₅、(Ba,Sr)TiO₃和SrTiO₃构成的组中选择的电介质材料形成。

自整流层可以由电介质材料形成，并设置为使得具有预定厚度的第一区域的介电常数高于或低于具有其余厚度的第二区域的介电常数，因此第一和第二区域在厚度方向上具有不同的介电常数。

电阻开关材料层可以包括第一材料层和第二材料层，并由于第一和第二材料层之间的离子物种转移而具有电阻开关性质。

第一材料层可以是氧供应层，第二材料层可以是氧交换层。

第一材料层可以由第一金属氧化物形成，第二材料层可以由与第一材料层相同或不同的第二金属氧化物形成。

第一和第二金属氧化物中的至少之一可以包括Ta氧化物、Zr氧化物、Y氧化物、氧化钇稳定的氧化锆（YSZ）、Ti氧化物、Hf氧化物、Mn氧化物、Mg氧化物以及其组合中的至少一种。

第二材料层的氧浓度可以高于第一材料层的氧浓度。

根据本发明的另一方面，一种存储器件包括以上电阻开关材料元件作为存储单元。