[发明专利]使用混合价导电氧化物的存储器

说明书

技术领域

本发明涉及计算机存储器，并且更具体地涉及非易失性存储器。

技术背景

存储器可分为易失性或者非易失性。易失性存储器是关掉电源时 丢失其内容的存储器。相反，非易失性存储器不需要连续的电源以保 留信息。大多数非易失性存储器使用固态存储器件作为存储元件。

20世纪60年代以来，出现了描述带有薄绝缘体的金属-绝缘体- 金属结构中的开关效应和存储效应的大量文献。具有开创性的作品之 一是“薄绝缘膜中新的导电现象及可逆存储现象”(“New Conduction  and Reversible Memory Phenomena in Thin Insulating Films”，J.G. Simmons and R.R.Verderber，301 Proc.Roy.Soc.77-102(1967))。虽然 Simmons和Verderber所描述的机制后来已经受到怀疑，但是他们对 该领域的贡献是重大的。

然而，还没有人在商用固态存储器件中成功实施金属-绝缘体-金 属结构。在“氧化物及氧化膜”(“Oxides and Oxide Films”，volume 6， edited by A.K.Vijh(Marcel Drekker 1981)251-325，chapter 4，written  by David P.Oxley)正文中完整地专门论述了“氧化膜中的存储效应” (“Memory Effects in Oxide Films”)。Oxley在文中说：“或许令人悲 哀的是不得不记录：尽管经过10年的努力，这些氧化物开关的应用 数量仍如此有限。”他然后描述：“展望任何应用之前需要谨慎。只 有在理解了开关动作的物理性质时才运用这种谨慎；反过来，这必须 等待对所展望的用于商业用途的任何开关中运行的传输机制的充分 认识。”

在2002年，在写该章后过了二十年，Oxley在“电铸金属-绝缘 体-金属结构：综合模型”(“The Electroformed metal-insulator-metal  structure：A comprehensive model”，R.E.Thurstans and D.P.Oxley 35 J. Phys.D.Appl.Phys.802-809)中重新论述了这个主题。在该文中，作者 描述了一种模型，该模型将传导过程等同于“在成形过程中所产生的 金属岛之间的受陷阱控制并且是热激发的隧穿”。“成形”(或者“电 铸”)描述为“电场引起的金属阳极材料通过电介质的局部丝状运动。 此处，重要的是注意蒸发电介质可能含有空位并偏离了化学计量。当 结果的穿过电介质的细丝载有足够的电流时，它们裂开并留下金属岛 结构嵌在电介质中。通过激发隧穿，通过这种结构形成电子传导是可 能的。”

然而，作者警告，“成形过程复杂，并且本质上是可变的。当暴 露在水蒸汽、有机物类和氧等中时，隧穿势垒(tunneling barrier)还易受 到其特性变化的影响。因此，不可期望所制造的器件特性始终如一， 或者在没有钝化、有效的封装以及对成形过程的动力学的更好理解的 情况下而能够长时间稳定。”