[发明专利]一种阻变层自选通阻变存储器及其构建方法与应用

说明书

本发明涉及一种阻变层自选通阻变存储器及其构建方法与应用。所述阻变存储器，包括堆叠层；所述堆叠层包括自外而内依次设置的第四Hf层、第四Si₃N₄层、第三Hf层、第三Si₃N₄层、第二Hf层、第二Si₃N₄层、第一Hf层和第一Si₃N₄层。本发明基于同质HfO_x基的1R阵列选通，将阻变层同时作为选通层，避免引入额外的第三者选通器；基于微纳加工不对称结构进行填充(或镂空)，在微纳米尺度下填充区周围形成耗尽区，且耗尽区随外电场动态变化；利用上述普适性物理原理实现自身选通作用；因此，该阻变存储器不局限于HfO_x材料，而是适用于会形成耗尽区的所有材料。

技术领域

本发明涉及一种阻变层自选通阻变存储器及其构建方法与应用，属于阻变存储器阵列选通的技术领域。

背景技术

近年来，随着大数据、人工智能领域的兴起，阻变存储器(resistive randomaccess memory,RRAM)显示了极大的应用前景。例如，其在神经形态芯片及大规模高集成密度的数据存储方面的应用。由于其简单的两端结构，以及通过电阻变化来调制存储的实用化优势，使得其在微缩化高密度集成方面具有天然的优势。为了充分实现这些优势，需要将阻变存储器做成交叉阵列的形式(crossbar array)，以有效发挥其高密度存储，和仿生大脑突触的功能。但是，在交叉阵列的结构下，存在一个著名的基础问题，即串扰电流(或潜行电流，sneak path current)问题。串扰电流是一种不走正常读取交叉点(crossbarpoint)，而改走旁侧支路交叉点的电流。这种电流是负面的，会影响正常存储点的读/写性能，甚至会导致误读。

现有技术中，通常通过添加选通管(或称选通器,selector)串接到每个交叉点电阻上解决上述问题。通过选通管，实现每个交叉点电阻读写过程的通断。目前最有效的选通管首推晶体管，它与下面交叉点(电阻)合称1T1R结构(T是晶体管transistor的首字母)。虽然可以通过晶体管的开关功能有效的限制串扰电流，但晶体管本身是三端(源、漏、栅)有源器件，要在栅极供给栅压才能对晶体管的开闭进行控制。这本身会增加额外的有源负载和工艺复杂性，同时导致交叉阵列不容易微缩化，影响交叉阵列的高密度集成(尤其是在微电子集成度高的今天，这个矛盾更加突出)。因此，二维选通管，如二极管(Diode)或者阈值变化器件(threshold voltage shift)具有替代晶体管的趋势。但是任何选通管，从工艺简单和兼容角度而言，均不及交叉点的电阻自身直接选通吸引人(称之为1R)。目前国际上虽然有一些关于1R的工作报道，但是既能实现自身作为阻变层(电阻变化层)，又能实现选通功能的材料只有有限几种(如SiO_x和TaO_x等)；现有技术中还没有基于普适性物理原理的，从而在一定程度上突破材料限制的选通结构或器件。

例如，中国专利公开号105826468A公开了一种自选通阻变存储器件及其制备方法，该自选通阻变存储器件的选通层即为有限的几种—钨氧化物、钛氧化物、铜氧化物等。其选通结构没有基于普适性物理原理突破材料限制。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种阻变层自选通阻变存储器。

本发明还提供一种上述阻变存储器的构建方法。

本发明还提供一种上述阻变存储器的工作方法。

术语说明：

Lift-off(剥离)工艺，是首先在衬底上涂胶并光刻，然后再制备金属薄膜，在有光刻胶的地方，金属薄膜形成在光刻胶上，而没有光刻胶的地方，金属薄膜就直接形成在衬底上。当使用溶剂去除衬底上的光刻胶时，不需要的金属就随着光刻胶的溶解而脱落在溶剂中，而直接形成在衬底上的金属部分则保留下来形成图形。剥离通常用于铂、金、硅化物和难熔金属的图形化。