[发明专利]一种阻变存储器件及其写入方法、擦除方法和读取方法

说明书

本发明公开了一种阻变存储器件，包括场效应管、位线、字线和源线；所述场效应管的漏极与所述位线相连接；所述场效应管的栅极与所述字线相连接；场效应管的源极与源线相连接；所述位线包括由下而上设置的若干介电质层、下电极和上电极，每相邻两介电质层之间夹有一金属层，所述上电极与所述下电极之间的介电质层中设有若干互相并联的阻变层，每一所述阻变层的上下两端分别连接到上电极和下电极；其余的每个介电质层中均设有一金属栓塞。本发明增加了RRAM单元的读取电流窗口，在不增大存储单元面积的同时，设置多个并联的阻变层，在同样的读取电压下可以获得更大的读取电流,或者在同样的读取电流下,可以采用更低的读取电压,从而降低了功耗。

技术领域

本发明涉及存储器技术领域，具体涉及一种阻变存储器件及其写入方法、擦除方法和读取方法。

背景技术

阻变存储器也叫阻变随机存储器(Resistive Random Access Memory，RRAM)，是一种基于阻值变化来记录存储数据信息的非易失性存储器器件。阻变存储器因为其高密度、低成本、快的存取速度及可突破技术代发展的特点被认为是下一代新型存储器的有力竞争者，在嵌入式装置、AI领域、边缘计算领域等领域有很广阔的应用前景。阻变存储器利用存储介质的电阻在电信号作用下，在低阻态和高阻态间可逆转换的特性来存储信号，由高阻态转变为低阻态的过程称为set，由低阻态转变为高阻态的过程称为reset。阻变存储器的操作有set(写入)、reset(擦除)和读取(read)。如图1所示为现有技术的1T1R阻变存储器的结构示意图。阻变存储器的性能的一个核心指标是阻变存储器的读取窗口(readwindow),然而为了降低写入功耗需要阻变存储器的写入电流不能过大,相应的读取电流也被限制,这大大增加了对RRAM读取的难度。

发明内容

本发明的目的是提供一种阻变存储器件及其写入方法、擦除方法和读取方法。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

根据本发明实施例的一个方面，提供一种阻变存储器件，包括场效应管、位线、字线和源线；所述场效应管的栅极与所述字线相连接；所述场效应管的源极与所述源线相连接；所述位线包括连接单元以及设置在所述连接单元上的存储单元；所述连接单元包括由下而上设置的若干介电质层，每相邻两介电质层之间夹有一金属层，每一所述介电质层中设置有一上下贯穿该介电质层的金属栓塞，每一所述金属层均与与其相邻的金属栓塞相连接；所述存储单元包括下电极、位于所述下电极上方的上电极以及夹在所述下电极与所述上电极之间的一介电质层；所述存储单元的所述介电质层中设有若干互相并联的阻变层，每一所述阻变层的上下两端均分别连接到所述上电极和所述下电极；所述下电极与最上方的金属栓塞相连接；所述场效应管的漏极与最下方的金属栓塞相连接。

进一步地，所述字线包括由下而上依次交替层叠设置的数量相同的若干介电质层和若干金属层，所述字线的每一介电质层中均设有一金属栓塞，所述字线的每相邻两金属层通过所述字线的一金属栓塞相连接，所述栅极通过所述字线的一金属栓塞与所述字线的最下方的金属层相连接。

进一步地，所述源线包括由下而上依次交替层叠设置的数量相同的若干介电质层和若干金属层，所述源线的每一介电质层中均设有一金属栓塞，所述源线的每相邻两金属层通过所述源线的一金属栓塞相连接，所述源极通过所述源线的一金属栓塞与所述源线的最下方的金属层相连接。

进一步地，所述阻变层由氧化钽材料、HfO₂、Al₂O₃或TiO_x制成。

进一步地，所述上电极和所述下电极均为氮化钽、氮化钛、铜、铂、钨、镍、铝、钯或金制成。

进一步地，每一所述介电质层均为二氧化硅材料制成。