[发明专利]碳/隧穿-势垒/碳二极管

说明书

技术领域

该申请涉及二极管的技术。

背景技术

各种材料示出了可逆电阻率-切换行为，且如此可以适用于用作存储器元件。具有可逆电阻率-切换行为的一类材料被称为电阻改变存储器(ReRAM)。已经提出了过渡金属氧化物用于ReRAM。具有可逆电阻率-切换行为的第二类材料被称为相位改变存储器(PCRAM)。已经提出了可以在晶体状态（低电阻）和非晶状态（高电阻）之间改变的硫族化物（Chalcogenides）用于PCRAM。已经提出了诸如碳聚合物、钙钛矿和氮化物的其他材料作为具有可逆电阻率-切换行为的存储器元件。

在施加足够的电压、电流或其他刺激时，可逆电阻率切换材料切换到稳定的低电阻状态。该电阻率-切换是可逆的，以便随后施加适当的电压、电流或其他刺激可以用于将可逆电阻率切换材料返回到稳定的高电阻状态。可以重复该转换许多次。对于一些切换材料，初始状态是低电阻，而不是高电阻。

这些切换材料对于在非易失性存储器阵列中的使用是有意义的。一类存储器阵列被称为交叉点阵列，其是通常沿着x轴（例如字线）且沿着y轴（例如位线）布置的存储器元件的阵列。可以将数字值存储作为存储器电阻（高或低）。可以通过向连接到所选存储器元件的字线供应电压来读取存储器单元的存储器状态。该电阻或存储器状态可以被读取为连接到所选存储器单元的位线的输出电压或电流。例如，一个电阻状态可以对应于数据“0”，而另一电阻状态对应于数据“1”。一些切换材料可以具有多于两个稳定的电阻状态。

已知由可逆电阻率-切换元件形成的非易失性存储器。例如，在2005年5月9日提交的题为“REWRITEABLE MEMORY CELL COMPRISING A DIODE AND A RESISTIVITY-SWITCHING MATERIAL”的美国专利申请公开2006/0250836，其整体通过引用合并于此，其描述了一种包括与诸如金属氧化物或金属氮化物的可逆电阻率-可切换材料串联耦合的二极管的可重写非易失性存储器单元。通过施加一个或多个编程信号以使得该可逆电阻率-切换从低电阻状态改变到高电阻状态来编程这种存储器单元，这可以被称为复位该存储器单元。类似地，通过施加一个或多个编程信号以使得该可逆电阻率-切换从高电阻状态改变到低电阻状态来编程存储器单元，这可以被称为置位该存储器单元。

已经提出了交叉点存储器阵列的操作的单极和双极两种模式。在双极操作中，通过施加具有一个极性的电压来建立该高电阻状态，且通过施加具有相反极性的电压来建立低电阻状态。在单极操作中，通过施加相同极性的电压来建立高电阻状态和低电阻状态。

一些存储器阵列使用与可逆电阻率-切换元件串联的操纵器件来控制用于置位和复位操作的电流。也就是说，通过交叉点存储器阵列，选择一些存储器单元用于编程或读取，而不选择许多其他存储器单元，因此在当前操作期间这许多其他存储器单元不应该被编程或读取。该操纵元件有助于控制在给定的操作期间哪些存储器单元被编程或读取。该操纵元件的例子是与每个可逆电阻率-切换元件串联放置的p-i-n二极管。通过将适当的电压施加到位线和字线，可以分离地编程和读取每个存储器元件。但是，对于p-i-n二极管，单极切换可能是优选的，因为反转操作可能损坏p-i-n二极管。而且，单极操作可能遭受诸如需要高复位电流的问题。

而且，单极操作的切换率可以低于双极操作的切换率。该切换率指的是展现适当的切换行为的存储器单元的百分比。因为期望具有高切换率，可以期望具有与双极切换兼容的存储器单元。

交叉点存储器阵列的双极操作的一个提议是将金属/绝缘体/金属(MIM)二极管置于与电阻性存储器单元串联。但是，可能难以构造具有诸如足够高的前向偏置电流的期望属性的MIM二极管。

附图说明

图1A是碳/隧穿-势垒/碳二极管的图。

图1B描述碳/隧穿-势垒/碳二极管的一个实施例的示例电流-电压关系。

图1C、1D和1E是碳/隧穿-势垒/碳二极管的实施例。

图2A描述在热均衡时的碳/硅界面的示例能带图。

图2B描述在正向偏压(Vf)之下的碳/硅界面的一个实施例的示例能带图。

图2C描述在反向偏压(Vr)之下的碳/硅界面的一个实施例的示例能带图。

图3A和3B描述碳/隧穿-势垒/碳二极管的一个实施例的示例电流-电压关系。

图4A是存储器单元的一个实施例的简化透视图。

图4B是由图4A的多个存储器单元形成的第一存储器级的一部分的简化透视图。