[发明专利]基于纳米结构开关忆阻器的非易失存储器单元电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种开关型低功率快速开关忆阻器的非易失存储器单元电路。

背景技术

目前现有的纳米结构开关忆阻器的模型是中国发明专利ZL200910072447.9公开的结构，像制作三明治一样，将二氧化钛半导体三层纳米薄膜即TiO_2-x/TiO₂/TiO_2+X夹在由铂金属制成的两根交叉的纳米线交叉点之间，做成Pt/TiO_2-x/TiO₂/TiO_2+X/Pt纳米结构。由于缺氧二氧化钛半导体纳米薄膜即TiO_2-x具有N型半导体特性,二氧化钛半导体纳米薄膜TiO₂是本征(I)的具有中性,而富氧二氧化钛半导体纳米薄膜即TiO_2+x具有P型半导体特性,中国发明专利ZL200910072447.9公开的三明治结构实质上是一种低功率的纳米结构开关忆阻器。这种公知的纳米结构开关忆阻器制造模型实际上就是一个新型有记忆功能的非线性电阻器，通过控制电压或电流的变化可改变其阻值，如果把高阻值定义为“1”，低阻值定义为“0”，则这种电阻就可以实现存储数据的功能。但是,为了信息的采集和存储,采用这种纳米结构开关忆阻器设计非易失存储器还要设计基于纳米结构开关忆阻器的非易失存储器单元电路。

过去几十年国内外研究的非挥发存储器是在硅材料上制造MOS电容式结构，其原理是电容存储电荷，因此这种非挥发存储器电容的面积越大越好，在有限的硅表面要实现最大电极面积的MOS电容技术方案是将电容的极板设计成鸡冠形,且采用这种MOS电容式结构的非易失存储器单元电路一般至少要用四个MOS晶体管或更多,即两个以上N型和两个以上P型MOS晶体管构成；由于现有技术方案是将MOS电容的极板设计成鸡冠形,不利于硅片表面制造电路的电极联接。

发明内容

本发明是为了解决现有非挥发存储器在硅基材料上制造MOS电容式结构的非易失存储器单元电路中，因MOS晶体管个数较多，导致硅片表面制造电路的电极联接复杂和开关忆阻器的功耗高的问题,本发明提供一种基于纳米结构开关忆阻器的非易失存储器单元电路。

基于纳米结构开关忆阻器的非易失存储器单元电路，它包括MOS晶体管，它还包括纳米结构开关忆阻器；所述的MOS晶体管的漏极与纳米结构开关忆阻器的一端串联连接，

所述的纳米结构开关忆阻器由上电极、三层纳米膜和下电极组成；所述的三层纳米膜由N型半导体层、中性半导体层和P型半导体层依次叠加组成；所述的N型半导体层与上电极电气连接，所述的P型半导体层与下电极电气连接，

所述的N型半导体层的厚度为A纳米，所述的中性半导体层的厚度为B纳米，所述的P型半导体层的厚度为C纳米，所述的A的范围为从5到50，B的范围为从50到100，C的范围为从5到50，

所述的纳米结构开关忆阻器的一端为纳米结构开关忆阻器的上电极，所述的上电极和下电极均为铂纳米线电极。

所述的N型半导体层与上电极的电气连接、以及P型半导体层与下电极的电气连接均采用纳米金属线实现。

所述的纳米金属线为Pt纳米线。

所述的N型半导体层为TiO_2-x缺氧半导体纳米膜。

所述的中性半导体层为TiO₂半导体纳米膜。

所述的P型半导体层为TiO_2+x富氧半导体纳米膜。

原理分析：在外加电压作用下TiO_2-x缺氧半导体纳米膜中的氧空位和TiO_2+x富氧半导体纳米膜中的离子在本征的TiO₂半导体纳米膜中伸缩，从而改变电阻值，为了实现纳米结构开关忆阻器能够低功耗获取并输出信息而完成存储功能,本实发明所述纳米结构开关忆阻器的三层纳米膜结构中的TiO₂半导体纳米膜厚度增厚到100纳米，TiO₂半导体纳米膜厚度增厚的结果是导致纳米结构开关忆阻器电阻值增大，在同样的外加电压下本发明所述的纳米结构开关忆阻器的功耗就会降低。