[发明专利]用于电开关的设备和方法

说明书

电开关技术采用结晶材料中在其他方面不期望的线缺陷以形成导电丝线。开关单元包括设置在有源电极与另一电极之间的结晶层。结晶层具有从结晶层的一个表面延伸至另一表面的至少一个通道(例如线缺陷)。在两个电极上施加电压时，有源电极提供可以沿着线缺陷从有源电极迁移至另一电极的金属离子，从而形成导电丝线。开关单元可以精确地将导电丝线定位在线缺陷内并提高装置与装置的开关均匀性。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2016年6月20号提交的题为“PRECISE CONFINEMENT OF CONDUCTIVEFILAMENTIN ECM(ELECTROCHEMICAL METALLIZATION)RRAM(RANDOM READ ACCESS MEMORY)”的美国申请第62/352,306号的优先权，其在此通过引用整体并入本文。

背景技术

现有技术的非易失性存储器中最大的一部分是基于硅的闪存，因为其密度高且成本低。然而，闪存具有几个缺点，例如运行速度低(例如，写入/擦除时间为约1ms/0.1ms)、耐久性差(例如，约10⁶次写入/擦除循环)以及写入电压高(例如，大于10V)。此外，由于漏电流大，闪存可能在不久的将来达到小型化极限。

可以克服闪存的缺点的一项技术是电阻式随机存取存储器(RRAM)。通常，RRAM单元包括夹在两个导体之间的绝缘体或半导体。RRAM的基本物理机制通常是电阻开关(RS)，其允许单元在外部电刺激下自由编程为高电阻状态(HRS或OFF状态)或低电阻状态(LRS或ON状态)。在大多数情况下，电流均匀地流过HRS下的装置并被限于LRS下的被称为导电丝线(CF)的具有高电导的局部区域。RRAM的简单结构使得容易集成小尺寸4F²(F是最小特征尺寸)的无源纵横阵列(crossbar array)。在垂直堆叠的三维(3D)架构内，尺寸可以进一步减小至4F²/n(n是纵横阵列的堆叠层数)。

然而，RRAM具有其自身的局限性。例如，目前的RRAM通常使用非晶材料作为设置在电极之间的开关介质。在开关事件期间，导电丝线可以在非晶材料内的任何地方形成。因此，可能难以精确地定位或限制导电丝线。此外，在RRAM中随机形成导电丝线还可能降低不同单元之间性能的均匀性(并增加差异)。RRAM单元的个体差异性增加可能进而限制广泛应用。

发明内容

本发明的实施方案包括用于电开关(electrical switching)的设备、系统和方法。在一个实例中，用于电开关的设备包括结晶层，所述结晶层具有第一侧和与第一侧相反的第二侧。结晶层具有从第一侧延伸至第二侧的至少一个通道。所述设备还包括设置在结晶层的第一侧上的第一电极和设置在结晶层的第二侧上的第二电极。第一电极在结晶层中的第一固溶度小于1％，第二电极在结晶层中的第二固溶度小于1％。第一电极包含活性材料，以响应于施加在从第一电极到第二电极的第一电压而提供沿着至少一个通道迁移的至少一种金属离子。

在另一实例中，公开了使电开关装置致动的方法。所述装置包括：结晶层，所述结晶层具有从结晶层的第一侧延伸至结晶层的第二侧的至少一个通道；第一电极，所述第一电极包含活性材料并且设置在第一侧上；以及设置在第二侧上的第二电极。所述方法包括在第一电极与第二电极之间施加具有第一符号的第一电压。第一电压使多个金属离子形成沿着至少一个通道在第一电极与第二电极之间延伸的导电丝线。