[发明专利]一种超快阻变存储器及其阻态控制方法

说明书

本发明实施例公开了一种超快阻变存储器及其阻态控制方法，其中，超快阻变存储器的阻变介质层为过渡金属氧化物介质层，通过对阻变存储器施加电激励，可调控阻变介质层中的氧空位，导致过渡金属元素价态变化，使得超快阻变存储器呈现出不同的电阻状态，进而提高超快阻变存储器的存储密度。另外，通过实验分析发现，超快阻变存储器的高低阻态转换时间可以快至亚纳秒量级，且在高温条件下也有很好的适用性。进一步的，超快阻变存储器的基底为导电硅基底，在承担基底的功能的基础上，还作为超快阻变存储器的底电极存在，可以与传统硅基工艺相兼容。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，更具体地说，涉及一种超快阻变存储器及其阻态控制方法。

背景技术

在大数据时代，随着数字信息的指数级增长，人们对海量信息的快速存储和处理提出了越来越高的需求。阻变存储器(RRAM，Resistance Random Access Memory)因具有快速读写、高密度、非易失、与CMOS工艺兼容等优点，成为下一代非易失存储器的强有力竞争者。

阻变存储器为一种具有“金属-绝缘体-金属(Metal-Insulator-Metal，MIM)”三明治结构的两端器件，即在两层金属电极之间插入一层具有阻变特性的介质薄膜材料，通过电激励的方式使其达到不同的电阻状态，从而实现数据存储。

但现有技术中的阻变存储器的操作速度大多局限于数十乃至数百纳秒，很难达到亚纳秒的级别；只有极少数阻变存储器能达到亚纳秒量级的转换速度，但是它们仅具有两个存储态，导致阻变存储器的存储密度被极大地限制。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种超快阻变存储器及其阻态控制方法，以实现提高阻变存储器的操作速度并且增加阻变存储器的存储态的目的。

为实现上述技术目的，本发明实施例提供了如下技术方案：

一种超快阻变存储器，包括：

导电基底；

位于所述导电基底表面的阻变介质层，所述阻变介质层为过渡金属氧化物介质层；

位于所述阻变介质层背离所述导电基底一侧的顶电极。

可选的，所述过渡金属氧化物介质层为氧化铪介质层、氧化钛介质层、氧化锌介质层、氧化镍介质层、氧化钽介质层、氧化钨介质层或钇铁石榴石介质层中一种或多种的叠层结构。

可选的，所述导电基底为N型硅基底或P型硅基底。

可选的，所述阻变介质层的厚度的取值范围为5-200nm。

可选的，所述顶电极为铝电极或铜电极或金电极或银电极或铂电极。

一种超快阻变存储器的阻态控制方法，包括：

提供如上述任一项所述的阻变存储器；

为所述阻变存储器设置多个不同大小的限制电流，以控制所述阻变存储器在多个阻态之间切换。

可选的，在进行超快操作时所述施加正向脉冲电压信号的时间宽度的取值范围为0.6ns-20μs。

从上述技术方案可以看出，本发明实施例提供了一种超快阻变存储器及其阻态控制方法，其中，所述超快阻变存储器以过渡金属氧化物介质层作为阻变介质层，通过对阻变存储器施加电激励，可调控阻变介质层中的氧空位，导致过渡金属元素价态发生变化，使得阻变存储器呈现出不同的电阻状态，进而提高阻变存储器的存储密度。另外，通过实验分析发现，所述超快阻变存储器的高低阻态转换时间可以快至亚纳秒(0.6ns)量级，且在高温条件下也有很好的适用性。

进一步的，所述超快阻变存储器的基底为导电硅基底，在承担基底的功能的基础上，还作为所述超快阻变存储器的底电极存在，可以与传统硅基工艺相兼容。