[发明专利]用于RERAM的固体电解质

说明书

本发明公开了一种组合物，其特别适用于基于金属离子传输的阻变存储器，所述组合物包含至少两种金属M1和M2的金属氧化物/金属硫化物/金属硒化物的基质材料，和在所述基质中活动的金属M3，其中‑M1与M2的原子比在75:25至99.99:0.01的范围内；‑M1、M2和M3的价态都是正数；‑M1的价态大于M2的价态；以及‑M2的价态等于或大于M3的价态。最优选的是非晶二氧化硅，其中M2＝Al部分替换M1＝Si原子，包含M3＝Cu。本发明还公开所述组合物的制造和用途，例如作为溅射靶。

技术领域

本发明涉及适合作为用于ReRAM的固体电解质的组合物、其制造方法及其作为ReRAMs中的有源切换元件(active switching element)的用途。

背景技术

非易失性存储设备用于大量日用电子产品，例如智能手机、音乐播放器、USB盘、存储卡(例如用于数码相机的存储卡)、固态硬盘(SSDs)等。

非易失性存储器(如所谓的EPROM技术)在存储密度、存取、擦除和写入时间方面具有某些限制，以致其不适合现代应用(如上文提到的那些)中不断增加的数据量。

用于非易失性存储器的另一技术是由阻变(resistive switching)元件的阵列形成的阻变存储器。这些元件各自具有两个或更多个稳定电阻状态。通过特定电压脉冲实现这些状态之间的切换(Switching)。

阻变元件使用“成形(forming)过程”使存储设备准备好使用。通常在工厂、在组装时或在初始系统配置时施加该成形(forming)过程。阻变材料通常是绝缘的，但施加到阻变材料上的足够电压(被称作成形(forming)电压)会在该阻变材料中形成导电通路。通过适当施加各种电压(例如设定电压和复位电压)，可以改变导电通路以形成高电阻状态或低电阻状态。例如，阻变材料可在施加设定电压时从第一电阻率变成第二电阻率，并在施加复位电压时从第二电阻率变回第一电阻率，所述电压通常彼此不同。

两种类型的ReRAM切换元件目前正被研究，即价态变化存储器(valence changememory)(VCM)和电化学金属化存储器(electrochemical metallisation memory)(ECM)。在VCMs中从金属氧化物基质中除去氧阴离子，因此该金属氧化物基质的电导率提高。在ECMs中还原金属离子并在两个电极之间的基质内构建细丝(filaments)，由此提高电导率。最近已经发现(参见http://www.fz-juelich.de/SharedDocs/Pressemitteilungen/UK/DE/2015/15-09-28nnano_reram.html)，在VCMs中除氧离子运动外也形成细丝。但是，在VCMs中需要储存元素氧，其可能迁移到电极表面并造成其层离。

在现有固态电解质中，通常使用非晶金属氧化物作为基质，由此金属离子经其传输导致在与其相连的两个电极之间积聚和溶解金属细丝。

在大量切换过程后，固态电解质的结构改变，导致要传输的离子的单独金属相，进而连续改变该电解质的切换行为，以致该切换体(switch)不可用作存储器。此外，需要高纯度以抑制副反应和相分离。

因此，需要由于活动(mobile)离子在基质中的电荷状态稳定化而不倾向于发生切换行为改变或至少具有显著降低的切换行为改变率的固态电解质。

已经发现，这可通过在结晶或非晶基质中引入具有比该基质的金属离子低的价态的固定局部电荷补偿元素(fixed local charge compensation element)实现。

发明内容

因此，本发明提供一种组合物，其包含

(i)包含金属氧化物、金属硫化物和/或金属硒化物作为基质的基质，所述金属氧化物、金属硫化物和/或金属硒化物包含至少两种金属M1和M2

(ii)在所述基质中活动的金属M3