一種多孔隙存儲(chǔ)器設(shè)備，諸如存儲(chǔ)器或開關(guān)，可以提供頂部和底部電極，存儲(chǔ)器材料層(例如，SiOx)被定位在電極之間。存儲(chǔ)器材料層可以提供納米多孔隙結(jié)構(gòu)。在某些實(shí)施例中，納米多孔隙結(jié)構(gòu)可以電化學(xué)地形成，諸如通過陽極蝕刻。穿透存儲(chǔ)器材料層的細(xì)絲的電鑄可以以極低的電鑄電壓在內(nèi)部發(fā)生而穿過該層，而不是在邊緣處形成。多孔隙存儲(chǔ)器設(shè)備也可以提供多位存儲(chǔ)、高接通—斷開比率、長高溫壽命、優(yōu)秀的循環(huán)耐久性、快速切換，和較低的功率消耗。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】相關(guān)申請本申請要求2013年11月19日提交的美國臨時(shí)專利申請No.61/906,011的權(quán)益，該專利申請的公開內(nèi)容通過引用整體結(jié)合于此。關(guān)于聯(lián)邦資助研究的說明本專利技術(shù)由政府支持做出，在美國國防部授予的批準(zhǔn)號N00014-09-1-1066；美國國防部授予的批準(zhǔn)號FA9550-12-1-0035；和美國國防部授予的批準(zhǔn)號FA9550-09-1-0581下。政府擁有本專利技術(shù)中的特定權(quán)利。
本專利技術(shù)涉及諸如氧化硅之類的多孔隙存儲(chǔ)器材料。更具體地，涉及在切換或存儲(chǔ)器設(shè)備中利用多孔隙氧化硅材料。
技術(shù)介紹
多半個(gè)世紀(jì)中，常規(guī)的基于硅的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)晶體管已經(jīng)成為電子存儲(chǔ)器行業(yè)的支柱。此外，與競爭的存儲(chǔ)器技術(shù)相比，基于硅的閃存器的卓越性能及其制造的容易性已經(jīng)使其成為CMOS存儲(chǔ)器的主導(dǎo)形式。然而，由快速成長需求驅(qū)動(dòng)的下一代存儲(chǔ)器的高標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)揭示了當(dāng)今基于硅的閃存器技術(shù)的局限性，表現(xiàn)在以下方面：基礎(chǔ)的尺寸限制、能源消耗、成本、和幾微秒的切換速度。盡管用于替代基于硅的閃存器的很多種類的基于氧的材料和設(shè)備結(jié)構(gòu)已經(jīng)被廣泛地研究，但還沒有任何能充分地解決未來存儲(chǔ)器計(jì)劃。通常地，基于氧的阻性隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RRAM)可以歸類成單極(可以由相同電壓極性編程)和雙極(可以通過反轉(zhuǎn)電壓極性來編程)存儲(chǔ)器。很多單極存儲(chǔ)器已經(jīng)展示了由納米尺度的細(xì)絲(filamentary)切換進(jìn)行的操作，其允許它們遵循激進(jìn)的尺寸縮小趨勢；然而，納米尺度的金屬細(xì)絲由于在控制它們的隨機(jī)形成中的困難，可以呈現(xiàn)不穩(wěn)定的切換表現(xiàn)以及高的或不可預(yù)測的形成電壓(V形成)。相比而言，由于具有較低V形成和較寬的材料可用性范圍的離子運(yùn)動(dòng)或氧化還原過程，雙極存儲(chǔ)器在切換穩(wěn)定性中有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢。然而，這些以如下為代價(jià)：較低的切換接通—斷開比率、材料的受限熱穩(wěn)定性，或?qū)τ谠诟呙芏冉徊骊嚵兄幸种茲撔须娏鞯募蓸?gòu)架的限制。單極性和雙極性存儲(chǔ)器的制造通常都包括用于材料沉積的高溫工藝。此外，設(shè)備一般具有高的切換電流并需要順應(yīng)性電流(Ic)來防止電短路，其在每個(gè)單元上要求附加的電阻器并且增加功率消耗。為了改進(jìn)未來的非易失性存儲(chǔ)器，期待解決前面提到每個(gè)基于氧化物的存儲(chǔ)器系統(tǒng)的挑戰(zhàn)，諸如通過消除對于Ic或高溫制造工藝的需求。納米多孔隙(nanoporous，NP)金屬氧化物已經(jīng)被廣泛地用于能量產(chǎn)生和儲(chǔ)存的電子設(shè)備中。盡管NP材料已經(jīng)被用作氧化物存儲(chǔ)器應(yīng)用的模板，但它們還沒有用作用于阻性非易失性存儲(chǔ)器應(yīng)用的有源切換介質(zhì)。以下公開討論了用作單極切換介質(zhì)的多孔隙氧化硅材料和用于制造多孔隙氧化硅材料的方法。此在電子設(shè)備中多孔隙氧化物材料的新的實(shí)施方式滿足了下一代工業(yè)性能所期待的標(biāo)準(zhǔn)。這些新的實(shí)施方式還優(yōu)于當(dāng)今的單極性存儲(chǔ)器系統(tǒng)并且也可以給雙極性存儲(chǔ)器帶來好處。這些也可以用作憶阻器(memristor)。使用此多孔隙材料結(jié)構(gòu)，可控制切換細(xì)絲的隨機(jī)形成，其導(dǎo)致設(shè)備規(guī)格的顯著提高，并且可在室溫中制造設(shè)備。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
在一個(gè)實(shí)施例中，用于形成或制造存儲(chǔ)器設(shè)備的方法可以包括以下步驟：在基板上沉積底部電極和在底部電極上沉積材料層。該方法可以進(jìn)一步包括蝕刻該材料層以形成多孔隙結(jié)構(gòu)和沉積頂部電極。在某些實(shí)施例中，多孔隙結(jié)構(gòu)通過陽極蝕刻來形成。在某些實(shí)施例中，蝕刻可以用HF/乙醇溶液來執(zhí)行。在某些實(shí)施例中，方法可以進(jìn)一步包括將電壓掃描施加于多孔隙材料層以形成穿透該層的細(xì)絲。在某些實(shí)施例中，該細(xì)絲可以穿透多孔隙材料層在內(nèi)部形成。在一個(gè)實(shí)施例中，多孔隙設(shè)備，諸如存儲(chǔ)器或開關(guān)，可以提供頂部和底部電極，材料層(例如，SiOx)被定位在電極之間。材料層可以提供納米多孔隙結(jié)構(gòu)。在某些實(shí)施例中，納米多孔隙結(jié)構(gòu)可以電化學(xué)地形成，諸如通過陽極蝕刻。穿透材料層的細(xì)絲的電鑄可以在內(nèi)部發(fā)生而穿過該層，而不是以極低的電鑄電壓在邊緣處形成。多孔隙存儲(chǔ)器設(shè)備也可以提供多位存儲(chǔ)、高接通—斷開比率、長高溫壽命、優(yōu)秀的循環(huán)耐久性、快速切換，和較低的功率消耗。前文已經(jīng)相當(dāng)廣泛地概述了本公開的各種特征，以便后面細(xì)致的描述可以被更好地理解。下文將描述本公開的附加特征和優(yōu)勢。附圖說明為了更完整地理解本文公開及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在結(jié)合描述本公開的特定實(shí)施例的附圖，對以下描述作出參考，其中：圖1A-1G為(a)NPSiOx存儲(chǔ)器設(shè)備的非限制性示意圖，其具有經(jīng)選擇的單元的橫截面SEM圖像，(b)以45°傾斜的NPSiOx膜的SEM圖像，(c)NPSiOx膜的TEM圖像，(d)在沉積Pt的硅基板上的非多孔隙和納米多孔隙(NP)SiOx層的反射譜，以及基于使用測量的厚度的解析公式的數(shù)值擬合曲線，(e)和(f)分別為非多孔隙和NPSiOx膜(x＝1.63至1.76)的XPSSi2p和Ols譜，以及(g)NPSiOx的代表性I-V特性以及初始I-V掃描(插圖)；圖2A-2H示出用于NPSiOx存儲(chǔ)器的制造順序的說明性實(shí)施例；圖3A-3B示出用于密封的NPSiOx存儲(chǔ)器的交叉結(jié)構(gòu)的說明性實(shí)施例的俯視圖和側(cè)視圖；圖4提供二端二極管和選擇器材料的非限制性概要的表格(表格1)；圖5A-5B示出一個(gè)二極管-一個(gè)電阻器(1D-1R)結(jié)結(jié)構(gòu)的說明性實(shí)施例的俯視圖和側(cè)視圖；圖6A-6B示出1D-1R結(jié)結(jié)構(gòu)的說明性實(shí)施例的俯視圖和側(cè)視圖，其可以擴(kuò)展至3D可堆疊存儲(chǔ)器；圖7為堆疊式1D-1R結(jié)的結(jié)構(gòu)的說明性實(shí)施例的側(cè)視圖；圖8A-8D是(a)在暴露于不同的V脈沖(以ΔV＝1V從13到4V改變)后的單個(gè)NPSiOx單元的一組I-V特性，(b)在104s期間在20℃(頂部)和100℃(底部)的不同V脈沖過程后的NPSiOx單元上的保留測試，(c)103個(gè)循環(huán)內(nèi)的說明性的非多孔隙和NPSiOx單元的耐久性循環(huán)測試，以及(d)105
個(gè)周期內(nèi)的NPSiOx單元的的耐久性循環(huán)測試(設(shè)定電壓＝5V，重設(shè)電壓＝15V，以及讀取電壓＝1V，～500μs用于設(shè)定、重設(shè)和讀取電壓脈沖)；圖9A-9C是(a)示出在插圖中具有放大的通孔的Au納米線的擊穿之前(左)與之后(右)的平坦Au/SiOx存儲(chǔ)器的頂部SEM圖像，(b)在經(jīng)過納米孔隙的Au(或Pt)通道的擊穿之前(頂部)和之后(底部)的NPSiOx存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)的示意圖，以及(c)示出具有60nm的Au納米線寬度的納米間隙設(shè)備的典型I-V切換特性的曲線圖(頂部附圖)以及初始的I-V掃描(插圖)；圖10A-D是對應(yīng)于NPSiOx和其他報(bào)告的單極存儲(chǔ)器設(shè)備的耐久性循環(huán)本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種用于形成存儲(chǔ)器設(shè)備的方法，所述方法包括：在基板上沉積底部電極；在所述底部電極上沉積存儲(chǔ)器材料層；蝕刻所述存儲(chǔ)器材料層以形成多孔隙結(jié)構(gòu)；以及沉積頂部電極。
【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】2013.11.19 US 61/906,0111.一種用于形成存儲(chǔ)器設(shè)備的方法，所述方法包括：
在基板上沉積底部電極；
在所述底部電極上沉積存儲(chǔ)器材料層；
蝕刻所述存儲(chǔ)器材料層以形成多孔隙結(jié)構(gòu)；以及
沉積頂部電極。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述存儲(chǔ)器材料層是SiOx，其中
0.2<x<2。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述存儲(chǔ)器材料層的多孔隙結(jié)構(gòu)
提供具有納米尺度孔隙尺寸的孔隙。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述多孔隙結(jié)構(gòu)由陽極蝕刻、電
子束光刻或利用納米粒子的RIE來形成。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，在HF/乙醇溶液中執(zhí)行所述陽極
蝕刻。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述HF/乙醇溶液具有等于
0.01-10％的濃度或在0.01-10％之間的濃度。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括電鑄所述存儲(chǔ)器材料層，其中電鑄
電壓為10V或更小。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，切換路徑形成在所述存儲(chǔ)器材料
層內(nèi)。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述存儲(chǔ)器設(shè)備提供等于或大于
2×103次循環(huán)的循環(huán)耐久性。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述存儲(chǔ)器設(shè)備提供單個(gè)單元中
的多位存儲(chǔ)。
11.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述存儲(chǔ)器設(shè)備提供6×10-5W/
位或更低的功率消耗。
12.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述存儲(chǔ)器設(shè)備是一個(gè)二極管-
一個(gè)電阻器(1D-1R)、一個(gè)選擇器-一個(gè)電阻器(...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：J·M·圖爾，G·王，楊楊，Y·吉，
申請(專利權(quán))人：威廉馬歇萊思大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：美國;US
還沒有人留言評論。發(fā)表了對其他瀏覽者有用的留言會(huì)獲得科技券。