[发明专利]用于形成电阻式随机存取存储器(RRAM)单元细丝的多阶电压

说明书

本发明提供了一种存储器设备和方法，所述存储器设备包括：金属氧化物材料，所述金属氧化物材料被设置在第一导电电极和第二导电电极之间并与它们电接触，以及电压源，所述电压源被配置成跨所述第一电极和所述第二电极施加在时间上间隔开的多个电压脉冲。对于所述电压脉冲中的每一个，所述电压的振幅在所述电压脉冲期间增大。

交叉引用

本申请要求2016年3月4日提交的标题为“Multi-Step Voltage For FormingResistive Random Access Memory(RRAM)Cell Filament”的新加坡专利申请No.10201601703U的优先权，该专利申请以引用方式并入本文。

技术领域

本发明涉及非易失性存储器，更具体地讲涉及电阻式随机存取存储器。

背景技术

电阻式随机存取存储器(RRAM)是一种非易失性存储器。通常，RRAM存储器单元各自包括夹在两个导电电极之间的电阻电介质材料层。电介质材料通常是绝缘的。然而，通过跨电介质层施加适当的电压，可穿过电介质材料层形成传导路径(通常称为细丝)。一旦形成细丝，就可以通过跨电介质层施加适当的电压以“重置”(即断裂或破裂，导致跨RRAM单元的较高的电阻)和设定(即重新形成，导致跨RRAM单元的较低的电阻)。根据电阻状态，低电阻状态和高电阻状态可用于指示“1”或“0”的数字信号，从而提供可存储一些信息的可再编程的非易失性存储器单元。

图1示出了RRAM存储器单元1的常规配置。存储器单元1包括夹在两个导电材料层之间的电阻电介质材料层2，两个导电材料层分别形成顶部电极3和底部电极4。

图2A至图2D示出了电介质材料层2的切换机制。具体地讲，图2A示出了在制造后处于其初始状态的电阻电介质材料层2，其中层2表现出相对较高的电阻。图2B示出了通过跨层2施加适当的电压而形成的穿过层2的导电细丝7。细丝7为穿过层2的导电路径，使得该层在其上表现出相对较低的电阻(因为细丝7相对较高的电导率)。图2C示出了通过跨层2施加“重置”电压而导致形成的细丝7中的破裂8。破裂8区域具有相对较高的电阻，使得层2在其上表现出相对较高的电阻。图2D示出了通过跨层2施加“设定”电压而导致的破裂8区域中细丝7的恢复。恢复的细丝7是指层2在其上表现出相对较低的电阻。在图2B和图2D的“形成”或“设定”状态中，层2的相对较低的电阻分别可表示数字信号状态(例如“1”)，并且在图2C的“重置”状态中，层2的相对较高的电阻可表示不同的数字信号状态(例如“0”)。重置电压(使细丝断裂的电压)可具有与细丝形成和设定电压相反的极性，但也可具有相同的极性。RRAM单元1可反复地被“重置”和“设定”，因此它形成理想的可重新编程的非易失性存储器单元。

最关键的操作之一涉及细丝的初始形成，因为它将限定存储器单元的切换特性(例如，操作功率、设备到设备的电阻变化等)。形成细丝所需的电压和电流相对较高(即，显著高于设定和重置存储器单元所需的电压)。使用过低的细丝形成电压将不能充分地形成细丝。使用过高的细丝形成电压可能导致不受控制的细丝形成，这可能会损坏设备并导致较差的电阻切换行为。因此，需要一种用于在RRAM设备中初始形成细丝的可靠且有效的技术。

发明内容

上述问题和需求通过在金属氧化物材料中形成导电细丝的方法来解决，该金属氧化物材料设置在第一导电电极和第二导电电极之间并与它们电接触。该方法包括跨第一电极和第二电极施加在时间上间隔开的多个电压脉冲。对于电压脉冲中的每一个，电压的振幅在电压脉冲期间增大。

存储器设备包括：金属氧化物材料，该金属氧化物材料被设置在第一导电电极和第二导电电极之间并与它们电接触；以及电压源，该电压源被配置成跨第一电极和第二电极施加在时间上间隔开的多个电压脉冲。对于电压脉冲中的每一个，电压的振幅在电压脉冲期间增大。

通过查看说明书、权利要求书和附图，本发明的其他目的和特征将变得显而易见。

附图说明