[发明专利]非挥发性存储元件、非挥发性存储装置及非挥发性存储元件的写入方法

说明书

技术领域

本发明涉及采用了根据外加的脉冲电压其电阻值发生变化的状态变化材料的非挥发性存储元件。

背景技术

近年来，随着数码技术的发展，便携式信息设备或信息家电等电子设备在进一步地高功能化。随着这些电子设备的高功能化，使用的半导体元件的微细化及高速化也在急速发展。其中，以闪存器为代表的大容量的非挥发性存储装置的用途在急速扩大。另外，作为置换该闪存器的下一代的非挥发性存储装置，具备电阻变化型的非挥发性存储元件的非挥发性存储装置的研究开发正在进行，该电阻变化型的非挥发性存储元件具有根据电信号而电阻值可逆地变化的电阻变化层。

作为电阻变化层所采用的材料，可分为两大种类。一种是专利文献1及非专利文献1～3中公开的过渡金属（Ni、Nb、Ti、Zr、Hf、Co、Fe、Cu、Cr等）的氧化物，特别是从化学计算的组成的观点看含氧率不足的氧化物（以下称为缺氧型的氧化物）。另一种是钙钛矿材料（Pr_（1－x）Ca_xMnO₃（PCMO）、LaSrMnO₃（LSMO）、GdBaCo_xO_y（GBCO）等）。

此外，专利文献2及专利文献3中公开了一种非挥发性存储元件，其中，在采用后者的钙钛矿材料作为电阻变化层时，不仅能够存储2值（低阻状态和高阻状态这两个状态），而且能够存储3值以上的多值。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-140464号公报

专利文献2：美国专利第6473332号说明书

专利文献3：日本特开2004-185756号公报

非专利文献

非专利文献1：I.G.Baek等,Tech.Digest IEDM 2004,587页

非专利文献2：Japanese Journal of Applied Physics Vol45,2006,L310页

非专利文献3：A.Chen等,Tech.Digest IEDM 2005,746页

非专利文献4：J.McPherson等,IEDM 2002,633页～636页

发明内容

发明要解决的问题

在上述的存储多值的非挥发性存储元件中，希望构成各多值的各电阻值的状态稳定。

因此，本发明提供一种能够稳定地呈现各电阻值的状态的非挥发性存储元件。

用于解决课题的手段

本发明的一个方式的非挥发性存储元件的特征在于，具备：第1电极、第2电极和介于所述第1电极与所述第2电极之间的电阻变化层，该电阻变化层由金属氧化物构成，基于外加给所述第1电极及所述第2电极间的电脉冲的电压值，其电阻值可逆地变化；所述电阻变化层具有与所述第1电极连接的第1金属氧化物区域和与所述第2电极连接的、含氧率比所述第1金属氧化物区域高的第2金属氧化物区域；在所述电脉冲的以所述第1电极为基准时的电压值即V1、V2、V3、V4、V5及V6具有V2＞V1＞V6＞0V＞V5＞V3＞V4的关系、所述电阻变化层的电阻值即R1、R2、R3及R4具有R3＞R2＞R4＞R1的关系的情况下，所述电阻变化层的电阻值是：在对所述第1电极及所述第2电极间外加电压值为V2以上的所述电脉冲时，为R2；在对所述第1电极及所述第2电极间外加电压值为V4以下的所述电脉冲时，为R4；当所述电阻变化层的电阻值为R2时，在对所述第1电极及所述第2电极间外加电压值为V5以上的所述电脉冲时，仍为R2，在对所述第1电极及所述第2电极间外加电压值小于V5且大于V3的所述电脉冲时，比R2上升，在对所述第1电极及所述第2电极间外加电压值为V3的所述电脉冲时，为R3；当所述电阻变化层的电阻值为R3时，在对所述第1电极及所述第2电极间外加电压值小于V3且大于V4的所述电脉冲时，比R3下降，在对所述第1电极及所述第2电极间外加电压值为V4的所述电脉冲时，为R4；当所述电阻变化层的电阻值为R4时，在对所述第1电极及所述第2电极间外加电压值为V4以下的所述电脉冲时，仍为R4，在对所述第1电极及所述第2电极间外加电压值大于V6且小于V1的所述电脉冲时，比R4下降，在对所述第1电极及所述第2电极间外加电压值为V1的所述电脉冲时，为R1；当所述电阻变化层的电阻值为R1时，在对所述第1电极及所述第2电极间外加电压值大于V1且小于V2的所述电脉冲时，比R1上升，在对所述第1电极及所述第2电极间外加电压值为V2的所述电脉冲时，为R2。

发明效果