[发明专利]非易失性存储元件和包括该非易失性存储元件的存储装置

说明书

技术领域

本公开涉及非易失性存储元件和包括所述非易失性存储元件的存储装置。

背景技术

非易失性存储装置的示例包括电阻式随机存取存储器(RRAM)、磁性随机存取存储器(MRAM)、铁电随机存取存储器(FRAM)、相变随机存取存储器(PRAM)等。RRAM(即，电阻式存储装置)基于材料的电阻变化来存储数据。当向电阻变化材料施加大于或等于设定电压的电压时，电阻变化材料的电阻减小，将其称作ON(导通)状态。此外，当向电阻变化材料施加大于或等于复位电压的电压时，电阻变化材料的电阻增大，将其称作OFF(截止)状态。

通常，电阻式存储装置包括具有电阻变化层的存储节点和电连接到存储节点的开关器件，其中，开关器件控制对存储节点的信号存取。

对诸如上面描述的电阻式存储装置的各种非易失性存储装置的高集成度和高性能的需要已经增加。

发明内容

本发明提供了利用电阻变化的非易失性存储元件。

本发明提供了包括非易失性存储元件的存储装置。

另外的方面将在以下的描述中部分地进行阐述，部分地通过描述将是清楚的，或者可以通过实施当前实施例而明了。

根据本发明的一方面，一种非易失性存储元件包括：第一电极；第二电极，与第一电极分隔开；存储层，设置在第一电极和第二电极之间，包括供氧层和氧交换层，并且因供氧层和氧交换层之间的离子物种的移动而具有电阻变化特性；缓冲层，设置在存储层和第一电极之间。

供氧层可以由第一金属氧化物形成。

第一金属氧化物可以包含从由Ta氧化物、Ti氧化物、Zr氧化物、氧化钇稳定氧化锆(YSZ)、Hf氧化物、Mn氧化物和Mg氧化物组成的组中选择的至少一种或者这些氧化物的组合。

第一金属氧化物可以包含TaO_x，其中，x可以是0＜x＜2.5或者0.5≤x≤2.0。

氧交换层可以由第二金属氧化物形成，所述第二金属氧化物的族与第一金属氧化物同族或不同族。

第二金属氧化物可以包含从由Ta氧化物、Ti氧化物、Zr氧化物、氧化钇稳定氧化锆(YSZ)、Hf氧化物、Mn氧化物和Mg氧化物组成的组中选择的至少一种或者这些氧化物的组合。

氧交换层的氧浓度可以高于供氧层的氧浓度。

氧交换层的氧迁移率可以大于或等于供氧层的氧迁移率。

氧交换层的氧扩散率可以大于或等于供氧层的氧扩散率。

氧交换层可以是氧浓度沿沉积氧交换层的方向逐渐变化或分阶段变化的材料层。

氧交换层可以具有朝着第二电极增加的氧浓度。

缓冲层可以包含使第一电极和存储层之间的势垒增加的材料。

缓冲层可以包含原子间结合能大于存储层的原子间结合能的材料。

缓冲层可以包含从由Al氧化物、Si氧化物、Si氮化物、Zr氧化物和Hf氧化物组成的组中选择的至少一种或这些氧化物的组合。

第一电极可以由贱金属或导电氧化物形成。

第一电极可以包含从由W、Ni、Al、Ti、Ta、TiN、TiW、TaN、IZO、ITO、IrO₂、Ir、Ru、Pd、Au和Pt组成的组中选择的至少一种。

第二电极可以包含从由IrO₂、Ir、Ru、Pd、Au和Pt组成的组中选择的至少一种。

第二电极可以由IrO₂或Ir形成。

根据本发明的另一方面，一种存储装置包括上面描述的非易失性存储元件。

存储装置还可以包括连接到非易失性存储元件的开关元件。

根据本发明的另一方面，一种存储装置包括：多条第一导线，彼此平行地布置；多条第二导线，与所述多条第一导线交叉并彼此平行地布置；存储单元，形成在所述多条第一导线和所述多条第二导线之间的每个交叉点中，其中，存储单元可以包括存储层及设置在存储层和第一导线之间的缓冲层，存储层设置在第一导线和第二导线之间，包括供氧层和氧交换层，并且因供氧层和氧交换层之间的离子物种的移动而具有电阻变化特性。

存储单元还可以包括：开关元件，设置在存储层和第二导线之间；中间电极，设置在存储层和开关元件之间。

供氧层可以由第一金属氧化物形成，氧交换层由与第一金属氧化物同族或不同族的第二金属氧化物形成。