[发明专利]存储元件和存储装置

说明书

技术领域

本公开涉及一种通过包含离子源层的存储层的电气特性的变化来储存信息的存储元件和存储装置。

背景技术

NOR或NAND闪存通常用作数据存储用的半导体非易失性存储器。这些半导体非易失性存储器通过使存储元件和驱动晶体管微型化实现了容量的增大；然而，由于写入和擦除必需使用高电压，并且注入浮动栅中的电子的数量受限，所以已指出了微型化的限制。

目前，作为能够超越微型化的限制的下一代非易失性存储器，已提出了诸如ReRAM(电阻随机存取存储器)和PRAM(相变化随机存取存储器)等电阻变化存储器(例如，参照PTL 1和NPTL 1)。这些存储器具有其中在两个电极之间设置有电阻变化层的简单构造，并且认为原子或离子是通过热或电场移动以形成传导路径，因而改变电阻变化层的电阻值，从而进行写入和擦除的。更具体地，已提出了一种利用过渡金属元素、硫族元素和往往会引起离子传导的铜(Cu)的存储元件(例如，参照PTL 2)。

除了上述的存储器的微型化之外，存储器的多值化是实现通过电阻变化进行写入和擦除的存储器的容量增大的另一种方法。当能够实现存储器的多值化(即，能够实现每个元件2位(4值)和3位(8值)等的多值记录)时，容量增大到两倍或三倍。

引用文献列表

专利文献

PTL 1：日本未审查专利申请公开No.2006-196537

PTL 2：日本未审查专利申请公开No.2005-322942

非专利文献

NPTL 1：Waser等，Advanced Material，21，p2932(2009)

发明内容

为了实现多值化，必需在当电阻变化层的电阻值处在低电阻状态和高电阻状态之间的水平(中间电阻值)时进行写入，并且必需保持中间电阻值。然而，由于上述存储元件不具有足够的热和化学稳定性，所以很难长时间保持中间电阻值。另外，写入时形成的氧缺陷往往会重复产生和消失，因此，存在在每次读出时都很可能发生电阻变动(随机电报噪声)的问题。这是因为氧缺陷周围的电荷偏差很难稳定存在。

因此，期望提供一种能够提高在低电流下进行写入时的中间电阻值的保持性能的存储元件和存储装置。另外，期望提供一种能够降低随机电报噪声的存储元件和存储装置。

本技术一个实施方案的存储元件按顺序设置有第一电极、存储层和第二电极，所述存储层包括：离子源层，所述离子源层含有选自碲(Te)、硫(S)和硒(Se)中的一种或多种硫族元素以及选自元素周期表的第4族元素、第5族元素和第6族元素中的一种或多种过渡金属元素；和电阻变化层，所述电阻变化层含有硼(B)和氧(O)。

本技术另一个实施方案的存储元件按顺序设置有第一电极、存储层和第二电极，所述存储层包括：离子源层，所述离子源层含有选自碲(Te)、硫(S)和硒(Se)中的一种或多种硫族元素以及选自元素周期表的第4族元素、第5族元素和第6族元素中的一种或多种过渡金属元素；和电阻变化层，所述电阻变化层含有选自元素周期表的第4族元素、第5族元素和第6族元素中的一种或多种过渡金属元素和氧(O)。

在本技术实施方案的存储元件中，当向初始状态(高电阻状态)下的元件施加正向(例如，在第一电极侧为负电位和在第二电极侧为正电位)电压脉冲或电流脉冲时，包含在离子源层中的金属元素(例如，过渡金属元素)被电离而扩散到存储层中(例如，电阻变化层中)，或者氧离子移动，从而在电阻变化层中产生氧缺陷。因此，在存储层中形成低氧化状态的低电阻部(传导路径)，从而减小电阻变化层的电阻(记录状态)。当向低电阻状态下的元件施加负向(例如，在第一电极侧为正电位和在第二电极侧为负电位)电压脉冲时，电阻变化层中的金属离子移动到离子源层中，或者氧离子从离子源层移动，从而减少传导路径部分的氧缺陷。因此，含有金属元素的传导路径消失，并且电阻变化层的电阻变成高电阻状态(初始状态或擦除状态)。

本技术一个实施方案的存储装置设置有多个存储元件和脉冲施加装置，所述各存储元件按顺序包括第一电极、存储层和第二电极，所述脉冲施加装置构造成选择性地向所述多个存储元件施加电压或电流的脉冲，并且本技术实施方案的存储元件用作所述各存储元件。

本技术另一个实施方案的存储装置设置有多个存储元件和脉冲施加装置，所述各存储元件按顺序包括第一电极、存储层和第二电极，所述脉冲施加装置构造成选择性地向所述多个存储元件施加电压或电流的脉冲，并且本技术其他实施方案的存储元件用作所述各存储元件。