[发明专利]应变多层阻变存储元件

说明书

技术领域

本发明涉及用于数据存储装置的阻变(resistive-switching)存储元件。

背景技术

电阻式随机存取存储器(resistive random-access memory，ReRAM)是一种可以用作不同计算设备(例如，计算机、游戏控制台、便携式电话)或便携式数据存储设备的存储器的非易失性存储器类型。

当今的计算设备和便携式数据存储设备使用不同类型的易失性和非易失性存储器，例如动态随机存取存储器(DRAM)及其变型，其中组成数字信息的各比特被存储在集成电路中不同的电容器中。电容器可以被充电或放电；这两个状态被用于表示比特的两个值。然而，DRAM的重要缺点是由于电容器泄漏电荷，所以除非电容器电荷被周期性刷新，否则信息将最终衰减。因此，DRAM被认为是一种高易失性存储器。由于该刷新要求，所以这样的存储器类型在与其结合的计算设备中消耗大量的能量，并且由于其对电池寿命的消耗而非常期望(特别是鉴于便携式计算设备的增加)商业上提供无需这样的对存储元件的刷新的存储器类型。

另一方面，存在非易失性存储器类型，例如主要结合在便携式数据存储设备中的NAND或NOR快闪存储器(flash memory)。虽然这样的存储器类型无需定期刷新，但是个别存储元件需要高压脉冲用于设置和读取比特值，这对于依赖电池作为电源的计算设备再次是不利的。此外，这样的存储元件能够访问的速度不令人满意。快闪存储器的另一问题是在一定次数的读取/写入周期之后，存储元件停止运行。为了减轻这样的周期相关的耗损的缺点，使用了复杂的控制程序，该程序通过将耗损平均地分布在快闪存储器的所有存储元件中来延长这样的存储元件的使用寿命。然而，这样的方法不会改变这样的快闪存储器具有明显低于例如SDRAM的寿命的事实。

US 8049305公开了一种利用应力工程的阻变存储装置，该装置包括：包括第一导电电极的第一层；包括阻变元件的在第一层上方的第二层；以及包括第二导电电极的在第二层上方的第三层，其中当加热存储元件时在第一层与第二层之间的第一界面处的转变元件中产生了第一应力，并且其中当加热时在第二层与第三层之间的第二界面处的转变元件中产生了第二应力。该应力是通过设计其中阻变元件的材料和电极具有不同热膨胀系数(CTE)的存储装置在加热时引起的。

然而，US8049305的阻变存储元件无法提供商业应用级读取特性，原因是阻变元件的高阻态(RH)与低阻态(RL)之间的小的差别抑制快速和容易的读取访问。虽然程度较轻，但是US8049305的阻变元件呈现了基于电容器类型的存储器的相似的问题，原因是已经发现，随着之前设置的高阻态(RH)最终恢复到低阻态(RL)，电阻状态的小的差别导致所存储信息的随时间的衰减。

因此需要提供易失性较小、能效更高、更耐耗损以及还有更快速类型的存储元件，该存储元件可以使用已存在的设备并且以可负担的成本来制造。

发明内容

在从属权利要求中对本发明进一步的实施方案进行了阐述。

附图说明

参照附图在下面描述了本发明的优选实施方案，该附图是出于说明本发明的优选实施方案的目的而非对其进行限制的目的。在附图中，

图1示出了由第一电极1a、第二电极1b以及阻变元件6组成的阻变存储元件7的示意图，阻变元件6具有取向为平行于由第一电极1a或第二电极1b限定的平面的4个不同的金属氧化物层2、3、4、5。

图2示出了由第一电极1a、第二电极1b以及阻变元件6组成的阻变存储元件7的示意图，阻变元件6具有取向为平行于由第一电极1a或第二电极1b限定的平面的4个不同的金属氧化物层2、3、4、5。

图3示出了由第一电极1a、第二电极1b以及阻变元件5组成的阻变存储元件6的示意图，阻变元件5由周期性重复4次的金属氧化物多层7组成，金属氧化物多层7由3个金属氧化物层2、3、4组成。

图4示出了阻变存储元件的三维阵列的示意图，所述阻变存储元件各自包括在基板1上的两个电极2，并且各自包括由周期性重复2次的金属氧化物多层组成的阻变元件，所述金属氧化物多层由2个金属氧化物层3、4组成。

具体实施方式

本发明的阻变存储元件包括：第一电极；阻变元件；和第二电极，其中阻变元件被布置在第一电极与第二电极之间，并且阻变元件包括多个金属氧化物层或由多个金属氧化物层组成，并且其中阻变元件的相邻金属氧化物层包括不同金属氧化物或由不同金属氧化物组成。