[发明专利]忆阻器装置以及制造忆阻器装置的方法

说明书

公开了一种忆阻器装置，其包括：第一电极；第二电极；阴极金属层，该阴极金属层被置于第一电极的表面上；以及活性区，该活性区被置于第二电极与阴极金属层之间且与第二电极和阴极金属层电接触，该活性区包括至少一层非晶态金属氧化物，其中，当在第一电极与第二电极之间施加切换电压时，所述活性区表现出阻变行为。还公开了一种制造忆阻器装置的方法。

技术领域

本发明涉及一种忆阻器装置以及一种制造忆阻器装置的方法。

本发明主要为了在兼容性忆阻系统中的应用而研发并且将在下文参照本申请进行描述。然而，应该认识到本发明不限于此特定的应用领域。

背景技术

下面对本发明的背景的论述旨在方便理解本发明。然而，应该认识到，该论述并不是确认或承认所参考的任何资料在本说明书的任一项权利要求的优先权日时在澳大利亚或其他国家是公开的、已知的、或是公知常识的一部分。

存储器技术传统地被用于存储以0或1形式的数字数据。但是，目前关注点在于能够实现模拟记忆以便拥有多个状态的技术。这能够实现史无前例的高密度记忆并且最重要地能够实现神经形态计算。这些关注点依赖于非易失性高的存储器的电子状态连同持续且循环的切换以及在开/关状态之间的简单区分。纳米级电阻存储器(或者“忆阻器”)满足这些要求中的许多要求并且依赖于功能氧化物。忆阻器通常被配置为基于二元和三元功能金属氧化物(例如TiO₂、SrTiO₃)的无源的二端型金属-绝缘层-金属(metal insulated metal，MIM)装置。它们提供可伸缩的、快速的、非易失性的和低能量的忆阻性能。它们的动态非线性电流电压特征也启发了在非线性的电路设计和可替代的逻辑架构中的应用。

在这些装置中的双极型阻变行为被视为对金属/氧化物界面上的电子效应与在过渡金属氧化物层中的可逆氧化还原反应和纳米离子运输的组合。这些过程在高电梯度下根据在电铸过程中的延伸的缺陷结构的形成而在氧化物中被触发。

基于过渡金属氧化物的类似电容的二端型金属-绝缘层-金属(MIM)装置的非线性和非易失性高的忆阻特征由于其用于研发可伸缩性高的记忆装置的潜力而吸引了强烈的研究关注。而且它们有望成为新计算构架和非传统计算(例如神经形态工程学)方面的先驱。

在过渡金属氧化物中，钛酸锶(SirTiO₃；STO)——典型的钙钛矿氧化物——以用于在忆阻MIM装置中的功能氧化物层的有希望的候选的形式出现。钛酸锶的由于受制于电应力或热应力的氧缺位而造成的自掺杂倾向能够使其电子结构从带隙绝缘体转变为金属导体并且能够有利于使得电致阻变适用于二端型记忆装置。由于STO的稳定钙钛矿结构的包容氧缺位点缺陷的固有倾向并且由于沿着二氧化钛亚晶格中的位错的显著氧化还原活性，钛酸锶展现了对纳米级阻变应用的巨大潜力。

在基于STO的装置中的阻变通常归因于氧缺位沿着延伸的缺陷结构的高度局部积累(例如纳米细丝)，这导致在金属-氧化物界面上局部绕过耗尽层。此外，STO的缺陷结构能通过掺杂供体型或受体型过渡金属而被直接操作，所述过渡金属能够被用于在局部层面(例如晶界和点缺陷)和整体层面上调节电子结构。这被用作用于设计纳米细丝的布置结构和电子/离子传输特性并且因此用于设计基于STO的装置的忆阻特性的手段。例如，基于STO的装置对于在计算机架构中高度集成为无源模拟存储器元件具有潜力。此外，STO结构的相对于机电和光电耦合效应的可调谐性凸显令人瞩目的自由度，它能够在多功能非线性装置的设计中呈现。

然而，典型地在制造基于STO的忆阻器装置时所利用的高处理温度和非CMOS兼容衬底可能形成对这些装置进行商业化的障碍。

本发明力求提供一种忆阻器装置和一种制造忆阻器装置的方法，其能够克服或大幅改善现有技术的缺陷中的至少一些，或者本发明力求至少提供一种备选方案。

发明内容的总结

根据本发明的第一方面，提供了一种忆阻器装置，包括：