[发明专利]基于氮化物的忆阻器

说明书

政府利益声明

本发明在政府支持的情况下进行。政府具有本发明中的某些权利。

背景技术

对电子设备的开发中的持续趋势是使设备的大小最小化。虽然当前代的商业微电子基于亚微米设计规则，但是显著的研究和开发工作针对探讨纳米级的设备，其中通常在纳米或几十纳米上测量设备的尺寸。如与微米级设备相比，除了单独设备大小的显著减小以及高得多的组装密度之外，纳米级设备由于在微米级观察不到的纳米级物理现象而还可以提供新功能。

例如，最近报告了使用氧化钛作为开关材料的纳米级设备中的电子开关。此类设备的电阻开关特性被联系到最初由L.O.Chua在1971年预测的忆阻器电路元件理论。纳米级开关中的忆阻特性的发现引起了显著兴趣，并且存在正在进行的实质研究工作，以进一步开发此类纳米级开关并在各种应用中实现它们。许多重要的潜在应用之一是使用此类开关设备作为存储单元来存储数字数据。

为了与COMS 闪速存储器竞争，新兴的电阻开关需要具有超过至少几百万次开关循环的开关耐久性。设备内部的可靠开关通道可以显著地改善这些开关的耐久性。探讨不同的开关材料系统来实现具有期望的电气性能（诸如，高速、高耐久性、长保留期、低能量、和低成本）的忆阻器。

附图说明

图1是目前的忆阻器设备的示例。

图2是基于本文中所公开的原理的忆阻器设备的示例。

图3是在本文中所公开的各种示例的实施中有用的AI-Ti-N系统的三元相图以及AI-N和Ti-N系统的二元相图。

图4是描绘根据本文中所公开的示例的用于制造忆阻器的示例性方法的流程图。

图5图示基于本文中所公开的原理的忆阻器设备的另一个示例。

具体实施方式

现在详细地引用了所公开的完全氮化物忆阻器的特定示例以及用于创建所公开的完全氮化物忆阻器的方式的特定示例。当适用时，也简要地描述了可替代的示例。

如本文的说明书和权利要求中所使用的，除非上下文另有明确规定，单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数引用。

如本说明书和所附权利要求中所使用的，“近似”和“大约”意味着由例如制造过程中的变化所引起的±10%偏差。

在以下详细描述中，引用了本公开的附图，所述附图图示了其中可以实施本公开的特定示例。示例的组件能够以许多不同的定向来安置，并且关于组件的定向而使用的任何方向术语被用于说明的目的且绝不是限制性的。方向术语包括诸如“顶”、“底”、“前”、“后”、“首”、“尾”等词。

要理解，存在其中可以实施本公开的其他示例，并且在不背离本公开的范围的情况下，可以做出结构或逻辑的改变。因而，以下详细描述不以限制意义来考虑。而是由所附权利要求来定义本公开的范围。

忆阻器是可以用作诸如存储器、开关、以及逻辑电路和系统之类的范围广泛的电子电路中的组件的纳米级设备。在存储器结构中，可以使用忆阻器的交叉开关。当用作存储器的基础时，忆阻器可以被用来存储一位信息，1或0。当用作逻辑电路时，忆阻器可以被用作逻辑电路（像现场可编程门阵列）中的配置位和开关，或者可以是布线逻辑可编程逻辑阵列的基础。

当用作开关时，忆阻器可以是交叉点存储器中的闭合或断开的开关。在最近几年期间，研究者在寻找使这些忆阻器的开关功能高效运转的方式方面做出了巨大进步。例如，基于氧化钽（TaO_x）的忆阻器已经被证明具有在其他能够进行电子开关的纳米级设备之上的优秀耐久性。在实验室环境中，基于氧化钽的忆阻器能够进行百亿次以上的开关循环，而诸如基于氧化钽（WO_x）或氧化钛（TiO_x）的忆阻器之类的其他忆阻器可能需要用于避免过驱动设备的复杂反馈机制或者利用更强的电压脉冲来刷新设备的附加步骤，以便获得千万次开关循环范围中的耐久性。

忆阻器设备通常可以包括夹着绝缘层的两个电极。可以形成能够在两个状态之间切换的两个电极之间的绝缘层中的导电通道，在一个状态中导电通道形成两个电极之间的导电路径（“开启”），并且在一个状态中导电通道不形成两个电极之间的导电路径（“关闭”）。

在图1中描绘了目前的设备的示例。设备100包括底或第一电极102、金属氧化物层104、以及顶或第二电极106。

在一个示例中，底电极102可以是具有100nm厚度的铂，金属氧化物层104可以是具有12nm厚度的诸如TaO_x的金属氧化物，并且顶电极106可以是具有100nm厚度的钽。