本申請(qǐng)要求2015年12月9日提交的申請(qǐng)?zhí)枮?0-2015-0175456的韓國(guó)專利申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，其通過(guò)引用整體合并于此。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)的各種實(shí)施例涉及一種半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，更具體地，涉及一種開(kāi)關(guān)器件及包括該開(kāi)關(guān)器件作為選擇器件的電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器。

背景技術(shù)：

在存儲(chǔ)器件的單元區(qū)中已經(jīng)采用交叉點(diǎn)存儲(chǔ)陣列結(jié)構(gòu)。更具體地，交叉點(diǎn)存儲(chǔ)陣列結(jié)構(gòu)已經(jīng)被包括在諸如電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(ReRAM)、相變隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(PCRAM)和磁隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(MRAM)等的存儲(chǔ)器中作為具有柱體的單元結(jié)構(gòu)，柱體介于設(shè)置在不同平面上且彼此交叉的電極之間。

同時(shí)，在交叉點(diǎn)存儲(chǔ)陣列結(jié)構(gòu)中，由于相鄰單元之間出現(xiàn)的潛行電流(sneak current)而在單元信息方面可能存在寫入錯(cuò)誤或讀取錯(cuò)誤。為了抑制這些錯(cuò)誤，已經(jīng)在單元中采用了選擇器件。已經(jīng)提出了諸如晶體管、二極管、隧道勢(shì)壘器件和雙向閾值開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)器件來(lái)作為選擇器件。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供了一種開(kāi)關(guān)器件。該開(kāi)關(guān)器件包括設(shè)置在襯底之上的第一電極、開(kāi)關(guān)層和第二電極。該開(kāi)關(guān)層包括第一原子的氧化物或第一原子的氮化物，且第二原子被摻雜至該氧化物或氮化物中。第一原子的化合價(jià)與第二原子的化合價(jià)彼此不同。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供了一種開(kāi)關(guān)器件。該開(kāi)關(guān)器件包括設(shè)置在襯底之上而彼此相向的第一電極和第二電極。該開(kāi)關(guān)器件還包括設(shè)置在第一電極與第二電極之間且包括氧化物或氮化物的開(kāi)關(guān)層。該開(kāi)關(guān)層包括由被摻雜至該氧化物或氮化物中的摻雜原子所產(chǎn)生的多個(gè)俘獲點(diǎn)。當(dāng)其絕對(duì)值小于預(yù)定閾值電壓的絕對(duì)值的電壓被施加在第一電極與第二電極之間時(shí)，俘獲點(diǎn)俘獲導(dǎo)電載流子。當(dāng)其絕對(duì)值大于預(yù)定閾值電壓的絕對(duì)值的電壓被施加在第一電極與第二電極之間時(shí)，俘獲點(diǎn)形成導(dǎo)電載流子移動(dòng)的移動(dòng)路徑。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，提供了一種電阻式存儲(chǔ)器件。該電阻式存儲(chǔ)器件包括設(shè)置在襯底之上的選擇器件和可變電阻器件。該選擇器件包括設(shè)置在襯底之上的第一電極、開(kāi)關(guān)層和第二電極。該開(kāi)關(guān)層包括第一原子的氧化物或第一原子的氮化物，且第二原子被摻雜至該氧化物或氮化物中。第一原子的化合價(jià)與第二原子的化合價(jià)彼此不同。

附圖說(shuō)明

基于附圖和所附詳細(xì)描述，本公開(kāi)的各種實(shí)施例將變得更加明顯，在附圖中：

圖1是示意性地圖示根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的開(kāi)關(guān)器件的剖視圖；

圖2A、圖3A、圖4A和圖5A是圖示根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的開(kāi)關(guān)器件的操作的示意圖；

圖2B、圖3B、圖4B和圖5B是圖示根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的開(kāi)關(guān)器件的電壓-電流特性的圖；以及

圖6是示意性地圖示根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的電阻式存儲(chǔ)器件的剖視圖。

具體實(shí)施方式

在下文中將參照附圖來(lái)描述本公開(kāi)，在附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施例。在附圖中，稍微增大了組件的尺寸、寬度和/或厚度以清楚地呈現(xiàn)每個(gè)器件的組件。附圖是完全站在觀察者的角度來(lái)描述的，如果一個(gè)元件被稱作位于另一元件上，則可以理解為該元件直接位于另一元件上，或者額外元件可以介于該元件與另一元件之間。在說(shuō)明書(shū)中相同的附圖標(biāo)記始終指代相同的元件。

此外，除非在上下文中另外清楚地使用了復(fù)數(shù)形式，否則單數(shù)形式的表述應(yīng)當(dāng)被理解為包括復(fù)數(shù)形式。將理解為術(shù)語(yǔ)“包括”或“具有”意在指定存在特征、數(shù)量、步驟、操作、元件、部分或其組合，而非用來(lái)排除一個(gè)或更多個(gè)其他特征、數(shù)量、步驟、操作、組件、部分或其組合的存在或添加可能性。

此說(shuō)明書(shū)中描述的開(kāi)關(guān)器件的閾值開(kāi)關(guān)操作將被理解為：當(dāng)具有變化的絕對(duì)值的外部電壓被施加給開(kāi)關(guān)器件時(shí)，開(kāi)關(guān)器件如下所述地順序地實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通態(tài)和關(guān)斷態(tài)。最初，隨著施加給開(kāi)關(guān)器件的外部電壓的絕對(duì)值從初始態(tài)開(kāi)始逐漸增大，在施加的外部電壓變得大于預(yù)定第一閾值電壓之后開(kāi)關(guān)器件的工作電流可以非線性地增大。這種現(xiàn)象可以被理解為開(kāi)關(guān)器件導(dǎo)通。在這之后，隨著施加給開(kāi)關(guān)器件的外部電壓的絕對(duì)值從開(kāi)關(guān)器件的導(dǎo)通態(tài)開(kāi)始逐漸減小，在施加的外部電壓變得低于預(yù)定第二閾值電壓之后開(kāi)關(guān)器件的工作電流可以非線性地減小。這種現(xiàn)象可以被理解為開(kāi)關(guān)器件關(guān)斷。

圖1是示意性地圖示根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的開(kāi)關(guān)器件10的剖視圖。

參見(jiàn)圖1，開(kāi)關(guān)器件10包括順序地層疊在襯底101上的第一電極110、開(kāi)關(guān)層120和第二電極130。開(kāi)關(guān)器件10可以執(zhí)行閾值開(kāi)關(guān)操作。開(kāi)關(guān)器件10可以包括氧化物或氮化物，該氧化物或氮化物包括處于不同價(jià)態(tài)的第一原子和第二原子中的任意原子。

雖然襯底101可以由硅(Si)或砷化鎵(GaAs)形成，但是實(shí)施例不局限于此。在另一實(shí)施例中，襯底101可以由能夠通過(guò)半導(dǎo)體工藝來(lái)處理的陶瓷、聚合物或金屬來(lái)形成。襯底101可以包括形成在其中的集成電路。

第一電極110和第二電極130中的每個(gè)可以包括金屬、導(dǎo)電金屬氮化物和導(dǎo)電金屬氧化物等中的任意一種。第一電極110和第二電極130可以由相同的材料或不同的材料形成。第一電極110和第二電極130中的每個(gè)可以包括金(Au)、鉑(Pt)、銅(Cu)、銀(Ag)、釕(Ru)、鈦(Ti)、銥(Ir)、鎢(W)、氮化鈦(TiN)和氮化鉭(TaN)等中的任意一種以及其組合。

開(kāi)關(guān)層120可以設(shè)置在第一電極110與第二電極130之間。開(kāi)關(guān)層120可以包括第一原子的氧化物或第一原子的氮化物。第一原子的氧化物或第一原子的氮化物可以具有電絕緣特性。

在一個(gè)實(shí)施例中，第一原子的氧化物可以包括氧化硅或金屬氧化物。金屬氧化物可以包括氧化鋁、氧化鋯、氧化鉿、氧化鎢、氧化鈦、氧化鎳、氧化銅、氧化錳、氧化鉭、氧化鈮、氧化鐵或其組合。在一些實(shí)施例中，氧化硅或金屬氧化物可以具有不滿足化學(xué)計(jì)量比的組分。氧化硅或金屬氧化物可以具有非晶結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，第一原子的氮化物可以包括氮化硅或氮化鋁。第一原子的氮化物可以具有非晶結(jié)構(gòu)。

開(kāi)關(guān)層120的第一原子的氧化物或氮化物可以摻雜有作為摻雜劑的第二原子。第二原子的化合價(jià)可以與第一原子的化合價(jià)不同。可以將第二原子摻雜至第一原子的氧化物或氮化物中以具有均勻的濃度分布。在一個(gè)實(shí)施例中，在形成包括第一原子的氧化物或氮化物的薄膜時(shí)，可以通過(guò)添加第二原子作為源材料來(lái)將第二原子摻雜至開(kāi)關(guān)層120的第一原子的氧化物或氮化物中。在另一實(shí)施例中，在形成包括第一原子的氧化物或氮化物的薄膜之后，可以提供包含第二原子的源氣體，以及第二原子可以擴(kuò)散至薄膜中，使得薄膜可以摻雜有第二原子。在又一實(shí)施例中，在形成包括第一原子的氧化物或氮化物的薄膜之后，可以通過(guò)離子注入方法來(lái)將第二原子注入至薄膜中。結(jié)果，薄膜可以摻雜有第二原子。

在一個(gè)實(shí)施例中，第二原子可以用作開(kāi)關(guān)層120中的N型或P型摻雜劑。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)開(kāi)關(guān)層120包括氧化硅或氮化硅時(shí)，第二原子可以包括鋁(Al)、鑭(La)、鈮(Nb)、釩(V)、鉭(Ta)、鎢(W)、鉻(Cr)或鉬(Mo)。這些元素可以單獨(dú)使用或組合來(lái)使用。更具體地，當(dāng)開(kāi)關(guān)層120是氧化硅層時(shí)，鋁(Al)或鑭(La)可以用作P型摻雜劑?？商娲?，當(dāng)開(kāi)關(guān)層120是氧化硅層時(shí)，鈮(Nb)、釩(V)、鉭(Ta)、鎢(W)、鉻(Cr)和鉬(Mo)中的至少一種可以用作N型摻雜劑。

在另一實(shí)施例中，當(dāng)開(kāi)關(guān)層120包括氧化鋁或氮化鋁時(shí)，第二原子可以包括鈦(Ti)、銅(Cu)、鋯(Zr)、鉿(Hf)、鈮(Nb)、釩(V)、鉭(Ta)、鎢(W)、鉻(Cr)或鉬(Mo)。這些元素可以單獨(dú)使用或組合來(lái)使用。第二原子可以在氧化鋁或氮化鋁中起到N型摻雜劑的作用。

在開(kāi)關(guān)器件10的上述結(jié)構(gòu)中，摻雜至開(kāi)關(guān)層120中的第二原子可以形成俘獲點(diǎn)以俘獲或傳導(dǎo)在第一電極110與第二電極130之間移動(dòng)的導(dǎo)電載流子。通過(guò)俘獲或傳導(dǎo)導(dǎo)電載流子，開(kāi)關(guān)層120可以分別處于高電阻態(tài)或低電阻態(tài)，而開(kāi)關(guān)器件10可以分別維持關(guān)斷態(tài)或?qū)☉B(tài)。

在特定實(shí)施例中，當(dāng)開(kāi)關(guān)器件10維持關(guān)斷態(tài)時(shí)，俘獲點(diǎn)俘獲導(dǎo)電載流子，且通過(guò)導(dǎo)電載流子的電流流動(dòng)可以得到抑制。另一方面，當(dāng)開(kāi)關(guān)器件10維持導(dǎo)通態(tài)時(shí)，俘獲點(diǎn)可以起到導(dǎo)電載流子的源的作用，且可以形成導(dǎo)電載流子移動(dòng)所經(jīng)由的路徑。當(dāng)導(dǎo)電載流子經(jīng)由俘獲點(diǎn)而移動(dòng)時(shí)，開(kāi)關(guān)器件10的導(dǎo)通電流可以非線性地增大。

只要開(kāi)關(guān)層120未被施加的外部電壓擊穿，開(kāi)關(guān)器件10就可以根據(jù)施加的外部電壓是否大于預(yù)定閾值電壓而處于導(dǎo)通態(tài)或關(guān)斷態(tài)。此外，開(kāi)關(guān)層120可以具有非存儲(chǔ)特性，使得當(dāng)施加的外部電壓消除時(shí)(即，當(dāng)外部電壓未被施加給開(kāi)關(guān)器件10時(shí))開(kāi)關(guān)層120恢復(fù)高阻態(tài)。開(kāi)關(guān)器件10可以通過(guò)閾值開(kāi)關(guān)操作來(lái)用作電子系統(tǒng)中的電開(kāi)關(guān)。

圖2A、圖3A、圖4A和圖5A是圖示根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的開(kāi)關(guān)器件10的操作的示意圖。圖2B、圖3B、圖4B和圖5B是示意性地圖示根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的開(kāi)關(guān)器件10的電壓-電流特性的圖。

在下文中，將描述包括摻雜有N型摻雜劑的氧化物層作為開(kāi)關(guān)層120的開(kāi)關(guān)器件10的操作。然而，實(shí)施例不局限于此。

參見(jiàn)圖2A和圖2B，提供了包括第一電極110、開(kāi)關(guān)層120和第二電極130的層疊結(jié)構(gòu)的開(kāi)關(guān)器件10。第一電極110和第二電極130中的每個(gè)可以包括諸如鉑(Pt)或銀(Ag)等的貴金屬，但實(shí)施例不局限于此。在另一實(shí)施例中，可以采用導(dǎo)電金屬氮化物和導(dǎo)電金屬氧化物中的任意一種作為第一電極110和第二電極130的材料。

參見(jiàn)圖2A，當(dāng)外部電壓被施加在第一電極110與第二電極130之間時(shí)，負(fù)偏壓被施加給第一電極110，而正偏壓被施加給第二電極130。通過(guò)施加在第一電極110與第二電極130之間的外部電壓，可以使能帶彎曲，使得第一電極110的費(fèi)米能級(jí)(E_F110)在第二電極130的費(fèi)米能級(jí)(E_F130)之上。此時(shí)，電子1可以從第一電極110引入至開(kāi)關(guān)層120中。

當(dāng)外部電壓低于預(yù)定閾值電壓V_th1且被施加給開(kāi)關(guān)器件10時(shí)，引入至開(kāi)關(guān)層120中的電子1可以被俘獲在由N型摻雜劑所形成的俘獲點(diǎn)125中。此時(shí)，通過(guò)外部電壓可以在開(kāi)關(guān)層120中產(chǎn)生電場(chǎng)。然而，由于外部電壓低于閾值電壓V_th1，因此該電場(chǎng)可能未強(qiáng)大到足以使俘獲點(diǎn)125中俘獲的電子1解俘獲并將電子1向第二電極130傳導(dǎo)。

同時(shí)，由于俘獲點(diǎn)125中俘獲的電子1具有負(fù)電荷，因此每個(gè)電子1可以對(duì)其周圍的其他電子表現(xiàn)出靜電排斥力。因此，由于靜電排斥力的緣故，將其他電子從第一電極110引入開(kāi)關(guān)層120可以得到抑制，或者開(kāi)關(guān)層120中的其他電子的移動(dòng)可以得到抑制。結(jié)果，僅引入至開(kāi)關(guān)層120中的一些電子1可以沿俘獲點(diǎn)125移動(dòng)至第二電極130，這可以產(chǎn)生漏電流。

圖2B圖示了：當(dāng)外部電壓低于預(yù)定閾值電壓V_th1且被施加給圖2A的開(kāi)關(guān)器件10時(shí)，開(kāi)關(guān)層120中的電子1的傳導(dǎo)得到抑制。因此，圖2A的開(kāi)關(guān)器件10表現(xiàn)出高阻特性，使得較低的電流流經(jīng)開(kāi)關(guān)層120。這樣，當(dāng)外部電壓低于預(yù)定閾值電壓V_th1且被施加給圖2A的開(kāi)關(guān)器件10時(shí)，圖2A的開(kāi)關(guān)器件10可以維持關(guān)斷態(tài)。

參見(jiàn)圖3A，當(dāng)外部電壓大于預(yù)定閾值電壓V_th1且被施加在第一電極110與第二電極130之間時(shí)，相比于圖2A中所示的能帶，通過(guò)施加的外部電壓可以使能帶進(jìn)一步彎曲。此時(shí)，通過(guò)施加的比閾值電壓V_th1大的外部電壓可以在開(kāi)關(guān)層120中產(chǎn)生電場(chǎng)，且該電場(chǎng)可以強(qiáng)大到足以使被俘獲點(diǎn)125俘獲的電子1解俘獲并將電子1向第二電極130傳導(dǎo)。俘獲點(diǎn)125可以用作提供電子1作為導(dǎo)電載流子的源，且可以形成電子1在施加了外部電壓(比閾值電壓V_th1大)的端子之間的移動(dòng)路徑。更具體地，電子1可以通過(guò)隧穿而從俘獲點(diǎn)125向第二電極130傳導(dǎo)，或者可以通過(guò)施加的外部電壓而經(jīng)由一些俘獲點(diǎn)125來(lái)向第二電極130傳導(dǎo)。

圖3B圖示了：當(dāng)外部電壓大于預(yù)定閾值電壓V_th1且被施加給圖3A的開(kāi)關(guān)器件10時(shí)，在開(kāi)關(guān)層120中電子1的傳導(dǎo)被激活。因此，圖3A的開(kāi)關(guān)器件10表現(xiàn)出低阻特性，使得較高的電流流經(jīng)開(kāi)關(guān)層120。當(dāng)外部電壓大于閾值電壓V_th1且被施加給圖3的開(kāi)關(guān)器件10時(shí)，圖3A的開(kāi)關(guān)器件10可以表現(xiàn)出非線性增大的電壓-電流特性。結(jié)果，當(dāng)外部電壓大于預(yù)定閾值電壓V_th1且被施加給圖3A的開(kāi)關(guān)器件10時(shí)，圖3A的開(kāi)關(guān)器件10可以維持導(dǎo)通態(tài)。

同時(shí)，如圖3B中所示，如果施加給處于導(dǎo)通態(tài)的開(kāi)關(guān)器件10的外部電壓的值減小，則工作電流可以減小。因此，當(dāng)施加的外部電壓減小至比預(yù)定閾值電壓V_th1低的電壓時(shí)，開(kāi)關(guān)器件10的工作電流可以非線性地減小。結(jié)果，在施加給開(kāi)關(guān)器件10的外部電壓消除之后，如以上關(guān)于圖2A和圖2B所述，開(kāi)關(guān)層120可以恢復(fù)高阻特性。

參見(jiàn)圖4A和圖4B，當(dāng)外部電壓被施加在第一電極110與第二電極130之間時(shí)，正偏壓可以被施加給第一電極110，而負(fù)偏壓可以被施加給第二電極130。即，外部電壓可以沿與圖2A和圖2B中所示的情況相反的方向來(lái)施加。在這種情況下，如圖4B中所示，施加的外部電壓的絕對(duì)值可以從0V開(kāi)始增大，且可以沿負(fù)方向來(lái)施加。

如圖4A中所示，通過(guò)施加的外部電壓可以使能帶彎曲，使得第二電極130的費(fèi)米能級(jí)E_F130上升至第一電極110的費(fèi)米能級(jí)E_F110之上。此時(shí)，電子1可以從第二電極130引入至開(kāi)關(guān)層120中。

當(dāng)施加的外部電壓的絕對(duì)值小于預(yù)定閾值電壓V_th2的絕對(duì)值時(shí)，引入至開(kāi)關(guān)層120中的電子1可以被俘獲在由N型摻雜劑形成的俘獲點(diǎn)125中。因此，通過(guò)施加的外部電壓(其絕對(duì)值比閾值電壓V_th2的絕對(duì)值小)可以在開(kāi)關(guān)層120中形成電場(chǎng)。然而，此時(shí)，由于該電場(chǎng)可能未強(qiáng)大到足以使俘獲點(diǎn)125中俘獲的電子1解俘獲，因此電子1不向第一電極110傳導(dǎo)。

同時(shí)，由于俘獲點(diǎn)125中俘獲的電子1具有負(fù)電荷，因此電子1可以對(duì)其周圍的其他電子表現(xiàn)出靜電排斥力。相應(yīng)地，由于靜電排斥力的緣故，將其他電子從第二電極130引入開(kāi)關(guān)層120可以得到抑制，或者開(kāi)關(guān)層120中的其他電子的移動(dòng)可以得到抑制。

結(jié)果，僅引入至開(kāi)關(guān)層120中的一些電子1可以沿俘獲點(diǎn)125向第一電極110移動(dòng)，這可以產(chǎn)生具有預(yù)定水平的漏電流。

圖4B圖示了：當(dāng)具有比閾值電壓V_th2的絕對(duì)值小的絕對(duì)值的外部電壓被施加給圖4A的開(kāi)關(guān)器件10時(shí)，開(kāi)關(guān)層120中的電子1的傳導(dǎo)得到抑制。因此，圖4A的開(kāi)關(guān)器件表現(xiàn)出高阻特性，使得較低的電流流經(jīng)開(kāi)關(guān)層120。這樣，當(dāng)具有比預(yù)定閾值電壓V_th2的絕對(duì)值小的絕對(duì)值的外部電壓被施加給圖4A的開(kāi)關(guān)器件10時(shí)，圖4A的開(kāi)關(guān)器件10可以維持關(guān)斷態(tài)。

參見(jiàn)圖5A，當(dāng)具有比預(yù)定閾值電壓V_th2的絕對(duì)值大的絕對(duì)值的外部電壓被施加在第一電極110與第二電極130之間時(shí)，相比于圖4A中所示的能帶，該能帶可以通過(guò)施加的外部電壓而進(jìn)一步彎曲。此時(shí)，通過(guò)施加的絕對(duì)值比閾值電壓V_th2的絕對(duì)值大的外部電壓可以在開(kāi)關(guān)層120中產(chǎn)生電場(chǎng)。該電場(chǎng)可以強(qiáng)大到足以使俘獲點(diǎn)125中俘獲的電子1解俘獲，并將電子1向第一電極110傳導(dǎo)。俘獲點(diǎn)125可以用作提供電子1作為導(dǎo)電載流子的源，以及可以在施加的外部電壓具有比閾值電壓V_th2的絕對(duì)值大的絕對(duì)值時(shí)形成電子1的移動(dòng)路徑。更具體地，電子1可以通過(guò)隧穿來(lái)從俘獲點(diǎn)125向第一電極110傳導(dǎo)，或者可以通過(guò)施加的外部電壓而經(jīng)由一些俘獲點(diǎn)125來(lái)向第一電極110傳導(dǎo)。

圖5B圖示了：當(dāng)具有比預(yù)定閾值電壓V_th2的絕對(duì)值大的絕對(duì)值的外部電壓被施加給圖5A的開(kāi)關(guān)器件10時(shí)，在圖5A的開(kāi)關(guān)層120中電子1的傳導(dǎo)被激活。因此，圖5A的開(kāi)關(guān)器件10表現(xiàn)出低阻特性，使得較高的電流流經(jīng)開(kāi)關(guān)層120。當(dāng)具有比預(yù)定閾值電壓V_th2的絕對(duì)值大的絕對(duì)值的外部電壓被施加給圖5A的開(kāi)關(guān)器件10時(shí)，圖5A的開(kāi)關(guān)器件10表現(xiàn)出非線性增大的電壓-電流特性。結(jié)果，當(dāng)具有比預(yù)定閾值電壓V_th2的絕對(duì)值大的絕對(duì)值的外部電壓被施加給圖5A的開(kāi)關(guān)器件10時(shí)，圖5A的開(kāi)關(guān)器件10可以維持導(dǎo)通態(tài)。

參見(jiàn)圖5B，當(dāng)施加給開(kāi)關(guān)器件10的電壓的絕對(duì)值從開(kāi)關(guān)器件10處于導(dǎo)通態(tài)時(shí)的絕對(duì)值開(kāi)始減小時(shí)，工作電流可以減小。因此，當(dāng)施加的外部電壓減小至其絕對(duì)值比預(yù)定閾值電壓V_th2的絕對(duì)值小的電壓時(shí)，開(kāi)關(guān)器件10可以表現(xiàn)出這樣的特性：開(kāi)關(guān)器件10的工作電流非線性地減小。結(jié)果，在施加的外部電壓消除之后，如關(guān)于圖4A和圖4B所述，圖5A的開(kāi)關(guān)層120可以恢復(fù)高阻特性。

雖然在上述實(shí)施例中描述為在絕緣氧化物中摻雜N型摻雜劑，但是在另一實(shí)施例中可以在絕緣氧化物中摻雜P型摻雜劑。在這種情況下，在開(kāi)關(guān)層120中，P型摻雜劑可以用作用于電子(即，導(dǎo)電載流子)的復(fù)合的俘獲點(diǎn)。即，當(dāng)其絕對(duì)值小于預(yù)定閾值電壓的絕對(duì)值的電壓被施加給開(kāi)關(guān)器件10時(shí)，P型摻雜劑可以與電子復(fù)合，并抑制通過(guò)電子的傳導(dǎo)。當(dāng)其絕對(duì)值大于預(yù)定閾值電壓的絕對(duì)值的電壓被施加給開(kāi)關(guān)器件10時(shí)，電子的傳導(dǎo)出現(xiàn)。電子可以通過(guò)隧穿來(lái)在圖5A的第一電極110與圖5A的第二電極130之間傳導(dǎo)，從而在其絕對(duì)值比預(yù)定閾值電壓的絕對(duì)值大的電壓處可以產(chǎn)生較高的導(dǎo)通電流。

此外，與以上描述不同的是，可以采用絕緣氮化物作為圖5A的開(kāi)關(guān)層120。在此實(shí)施例中，可以將N型摻雜劑或P型摻雜劑摻雜至絕緣氮化物中。N型摻雜劑或P型摻雜劑可以起到圖5A的開(kāi)關(guān)層120中的電子的俘獲點(diǎn)的作用。

如上所述，在根據(jù)本公開(kāi)的一個(gè)實(shí)施例的開(kāi)關(guān)器件中，根據(jù)施加的外部電壓的絕對(duì)值，導(dǎo)電載流子可以被俘獲在開(kāi)關(guān)層中的俘獲點(diǎn)中，或者可以雖然被俘獲但可以在電極之間傳導(dǎo)。當(dāng)具有比預(yù)定閾值電壓的絕對(duì)值小的絕對(duì)值的電壓被施加給開(kāi)關(guān)器件時(shí)，俘獲點(diǎn)可以抑制導(dǎo)電載流子的傳導(dǎo)。當(dāng)具有比預(yù)定閾值電壓的絕對(duì)值大的絕對(duì)值的電壓被施加給開(kāi)關(guān)器件時(shí)，俘獲點(diǎn)可以起到導(dǎo)電載流子的源的作用，且可以形成導(dǎo)電載流子移動(dòng)所經(jīng)由的移動(dòng)路徑。由此，開(kāi)關(guān)器件可以執(zhí)行閾值開(kāi)關(guān)操作，使得基于預(yù)定閾值電壓而可逆地改變工作電流性質(zhì)。

圖6是示意性地圖示根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的電阻式隨機(jī)存取存儲(chǔ)器件30(在下文中稱作“電阻式存儲(chǔ)器件”)的剖視圖。在圖6中，與圖1中相同的附圖標(biāo)記可以指與圖1中相同的元件。

參見(jiàn)圖6，電阻式存儲(chǔ)器件30可以包括形成在襯底101上的選擇器件31和可變電阻器件32。可變電阻器件32可以起到非易失性存儲(chǔ)元件的作用。選擇器件31可以耦接至可變電阻器件32，且可以防止因電阻式存儲(chǔ)器件的多個(gè)單元之中出現(xiàn)的漏電流而導(dǎo)致的信息錯(cuò)誤的產(chǎn)生。

雖然襯底101可以由硅(Si)或砷化鎵(GaAs)形成，但是實(shí)施例不局限于此。在另一實(shí)施例中，襯底101可以由能夠通過(guò)半導(dǎo)體工藝來(lái)處理的材料(例如，陶瓷、聚合物或金屬)形成。襯底101可以包括形成在其中的集成電路。

選擇器件31可以采用上述的根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的圖1的開(kāi)關(guān)器件10。因此，在此實(shí)施例中，選擇器件31包括第一電極110、開(kāi)關(guān)層120和第二電極130。第一電極110和第二電極130中的每個(gè)可以包括導(dǎo)電金屬氮化物或?qū)щ娊饘傺趸锏?。開(kāi)關(guān)層120可以包括第一原子的氧化物或氮化物。此外，開(kāi)關(guān)層120可以包括第二原子作為摻雜至氧化物或氮化物中的摻雜劑。在此實(shí)施例中，第一原子的化合價(jià)與第二原子的化合價(jià)可以彼此不同。

如上所述，在開(kāi)關(guān)層120中第二原子可以形成導(dǎo)電載流子的俘獲點(diǎn)。當(dāng)外部電壓被施加在第一電極110與第二電極130之間時(shí)，如果施加的外部電壓具有比預(yù)定閾值電壓的絕對(duì)值小的絕對(duì)值，則俘獲點(diǎn)可以用來(lái)抑制導(dǎo)電載流子的移動(dòng)，以及如果施加的外部電壓具有比預(yù)定閾值電壓的絕對(duì)值大的絕對(duì)值，則俘獲點(diǎn)可以用作導(dǎo)電載流子的源，且可以形成導(dǎo)電載流子的移動(dòng)路徑。由此，選擇器件31可以執(zhí)行閾值開(kāi)關(guān)操作，使得基于預(yù)定閾值電壓而可逆地改變工作電流性質(zhì)。此外，當(dāng)施加的外部電壓消除時(shí)，因?yàn)殚_(kāi)關(guān)層120恢復(fù)高阻態(tài)，所以選擇器件31可以表現(xiàn)出非存儲(chǔ)特性。

擴(kuò)散阻擋物層201可以設(shè)置在選擇器件31與可變電阻器件32之間。在一個(gè)實(shí)施例中，擴(kuò)散阻擋層201可以設(shè)置在選擇器件31的第二電極130上。擴(kuò)散阻擋層201可以用來(lái)抑制選擇器件31與可變電阻器件32之間的材料的擴(kuò)散。在一些實(shí)施例中，當(dāng)構(gòu)成選擇器件31和可變電阻器件32的材料的熱穩(wěn)定性或化學(xué)穩(wěn)定性得到保證時(shí)，可以省略擴(kuò)散阻擋物層201。

可變電阻器件32可以設(shè)置在擴(kuò)散阻擋物層201上?？勺冸娮杵骷?2可以包括第一存儲(chǔ)器電極210、阻變存儲(chǔ)器層220和第二存儲(chǔ)器電極230。在一個(gè)實(shí)施例中，阻變存儲(chǔ)器層220可以包括諸如氧化鈦(TiO_2-x)、氧化鋁(Al₂O₃)、氧化鎳(NiO_x)、氧化銅(Cu_xO)、氧化鋯(ZrO₂)、氧化錳(MnO₂)、氧化鉿(HfO₂)、氧化鎢(WO₃)、氧化鉭(Ta₂O_5-x)、氧化鈮(Nb₂O₅)或氧化鐵(Fe₃O₄)等的金屬氧化物。在另一實(shí)施例中，阻變存儲(chǔ)器層220可以包括諸如PCMO(Pr_0.7Ca_0.3MnO₃)、LCMO(La_1-xCa_xMnO₃)、BSCFO(Ba_0.5Sr_0.5Co_0.8Fe_0.2O_3-δ)、YBCO(YBa₂Cu₃O_7-x)、(Ba,Sr)TiO₃(Cr,Nb摻雜)、SrZrO₃(Cr,V摻雜)、(La,Sr)MnO₃、Sr_1-xLa_xTiO₃、La_1-xSr_xFeO₃、La_1-xSr_xCoO₃、SrFeO_2.7、LaCoO₃、RuSr₂GdCu₂O₃或YBa₂Cu₃O₇等的鈣鈦礦材料。在又一個(gè)實(shí)施例中，阻變存儲(chǔ)器層220可以包括諸如Ge_xSe_1-x(Ag,Cu,Te摻雜)的硒化物系列材料或諸如Ag₂S、Cu₂S、CdS或ZnS等的金屬硫化物。

可變電阻器件32的第一存儲(chǔ)器電極210和第二存儲(chǔ)器電極230中的每個(gè)可以包括金屬、氮化物或?qū)щ娧趸锏?。第一存?chǔ)器電極210和第二存儲(chǔ)器電極230中的每個(gè)可以包括從金(Au)、鉑(Pt)、銅(Cu)、銀(Ag)、釕(Ru)、鈦(Ti)、銥(Ir)、鎢(W)、氮化鈦(TiN)、氮化鉭(TaN)及其組合中選擇的一種。

在一些實(shí)施例中，可以省略擴(kuò)散阻擋物層201和第一存儲(chǔ)器電極210，而選擇器件31的第二電極130可以起到可變電阻器件32的第一存儲(chǔ)器電極210的作用。

如上所述，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，電阻式存儲(chǔ)器件可以包括具有電壓-電流特性的選擇器件，使得基于外部電壓是大于還是小于閾值電壓而可逆地改變工作電流性質(zhì)。此外，當(dāng)施加給選擇器件的外部電壓消除時(shí)，由于其中的開(kāi)關(guān)層恢復(fù)高阻態(tài)，所以選擇器件可以表現(xiàn)出非存儲(chǔ)特性。

在選擇器件的上述結(jié)構(gòu)中，摻雜至第一原子的氧化物或氮化物中的第二原子可以形成俘獲點(diǎn)以用來(lái)俘獲或傳導(dǎo)在選擇器件的第一電極與第二電極之間移動(dòng)的導(dǎo)電載流子。更具體地，當(dāng)選擇器件維持關(guān)斷態(tài)時(shí)，即，當(dāng)具有比閾值電壓的絕對(duì)值小的絕對(duì)值的電壓被施加給選擇器件時(shí)，俘獲點(diǎn)可以通過(guò)俘獲導(dǎo)電載流子來(lái)有效地抑制選擇器件中的電流流動(dòng)。另一方面，當(dāng)選擇器件維持導(dǎo)通態(tài)時(shí)，即，當(dāng)具有比閾值電壓的絕對(duì)值大的絕對(duì)值的電壓被施加給選擇器件時(shí)，俘獲點(diǎn)可以起到提供導(dǎo)電載流子的源的作用，且可以形成導(dǎo)電載流子的移動(dòng)路徑。相應(yīng)地，通過(guò)經(jīng)由俘獲點(diǎn)而傳導(dǎo)的導(dǎo)電載流子，選擇器件的導(dǎo)通電流可以非線性地增大。

以上已經(jīng)出于說(shuō)明的目的而公開(kāi)了本公開(kāi)的實(shí)施例。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，在不脫離所附權(quán)利要求中所公開(kāi)的本公開(kāi)的范圍和精神的情況下，各種修改、添加和替換是可能的。