[发明专利]多层相变存储器件

说明书

一种相变存储器(PCM)单元，包括：第一电极，包括第一导电材料；第二电极，包括第二导电材料；第一相变层，位于所述第一电极与所述第二电极之间并且包括第一相变材料；以及第二相变层，位于所述第一电极与所述第二电极之间并且包括第二相变材料。第一相变材料具有第一电阻率，第二相变材料具有第二电阻率，并且其中第一电阻率是第二电阻率的至少两倍。

技术领域

发明涉及计算机存储器，并且更具体地涉及具有多个层的相变材料存储器器件。

背景技术

相变存储器(PCM)可用于人工智能的模拟计算中的训练和推理。相变存储器结构可以包括具有由器件到器件的可调谐电导率的相变忆阻器件以及具有高保留的整体高器件电阻以最小化能量消耗。将PCM材料与电介质和导电性差的材料(例如，二氧化硅(SiO2)、一氧化硅(SiO)、氮氧化硅(SiON)、碳氧化硅(SiOC)和氮化铝(AlN))混合(也称为掺杂)可以提高结晶温度和电阻率，提供改善的电阻状态保持和低编程功率。

发明内容

根据本公开的实施例，相变存储器(PCM)单元包括，包括第一导电材料的第一电极、包括第二导电材料的第二电极、位于第一电极和第二电极之间并且包括第一相变材料的第一相变层、以及位于第一电极和第二电极之间并且包括第二相变材料的第二相变层。第一相变材料具有第一电阻率，第二相变材料具有第二电阻率，并且其中第一电阻率是第二电阻率的至少两倍。

根据本公开的实施例，PCM单元包括，包括第一导电材料的第一电极、包括第二导电材料的第二电极和位于第一电极与第二电极之间的第一相变层，第一相变层具有第一厚度并且包括第一相变材料。PCM单元还包括位于第一电极和第二电极之间的第二相变层，第二相变层具有第二厚度并且包括第二相变材料，并且第二厚度小于第一厚度的四分之一。

根据本公开的实施例，公开了一种使用PCM单元的方法，所述PCM单元包括第一电极、第二电极、位于所述第一电极和所述第二电极之间的掺杂相变层、以及与所述掺杂相变层以及所述第一电极和所述第二电极中的一个接触的第一未掺杂相变层。该方法包括：使第一电流从第一电极通过第一未掺杂相变层到达第二电极以在掺杂相变层中产生具有非晶配置的第一非晶区；通过第一非晶区测量第一电极与第二电极之间的第一电阻；以及使第二电流从第一电极通过未掺杂相变层到达第二电极以退火第一非晶区以具有多晶配置。

根据本公开的实施例，PCM单元包括，包括第一导电材料的第一电极、包括第二导电材料的第二电极、以及定位在第一电极与第二电极之间的包括电绝缘材料的绝缘体。该PCM单元还包括：第一相变层，该第一相变层位于第一电极和第二电极以及绝缘体旁边，第一相变层包括第一相变材料和掺杂剂材料的混合物，并且第一相变层具有第一厚度；以及第二相变层，该第二相变层与第一相变层接触并且位于第一电极与第二电极之间的电路径中，第二相变层基本上包括第二相变材料并且具有第二厚度。第二厚度小于第一厚度的一半。

根据本发明的实施例，一种PCM单元，所述PCM单元包括第一电极、第二电极和柱，所述柱包括第一相变材料和掺杂剂材料的混合物，并且所述柱具有第一高度。所述PCM单元还包括围绕所述柱的绝缘体，所述绝缘体包括电绝缘材料，以及基本上包括第二相变材料的层，所述层与所述柱接触并且沿着所述柱的整个侧面延伸，所述层与所述第一电极和所述第二电极中的至少一个接触，并且所述层具有第二高度，其中所述第二高度小于所述第一高度的一半。

附图说明

图1A是根据本公开的实施例的具有在多晶配置中的掺杂层的蘑菇PCM单元的截面视图。

图1B是根据本公开的实施例的具有包括掺杂相变材料层的非晶化部分的掺杂相变材料层的蘑菇PCM单元的横截面视图。

图1C是根据本公开的实施例的蘑菇PCM单元的截面图，该蘑菇PCM单元具有包括掺杂相变材料层的非晶化部分的掺杂相变材料层和包括未掺杂相变材料层的非晶化部分的未掺杂相变材料层。

图2A-2F是根据本公开的实施例的替代实施例蘑菇PCM单元的截面视图。