本發(fā)明通常涉及具有離子存儲(chǔ)的可重復(fù)編程的非易失性存儲(chǔ)器，尤其涉及一種利用離子存儲(chǔ)的可重復(fù)編程的非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，適于可重復(fù)編程的高密度和容量的存儲(chǔ)應(yīng)用。更具體地說，涉及具有閃存結(jié)構(gòu)、無限制的寫壽命（如重編程循環(huán)計(jì)數(shù)）和延長的數(shù)據(jù)保持壽命的存儲(chǔ)器件，特別是在高溫下。

背景技術(shù)：

目前已知的可重復(fù)編程非易失性半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的發(fā)展，無論是相變型、導(dǎo)電橋接型、鐵電型、浮柵型或者電阻型。與存儲(chǔ)密度、保持性、剩磁、寫讀擦除速度和操作溫度范圍等相比，寫擦除循環(huán)計(jì)數(shù)或者寫壽命是可靠性的重要指標(biāo)，特別需要注意。

浮柵型存儲(chǔ)器中，閃存和其他類型的存儲(chǔ)器利用了隧穿效應(yīng)，如1975年4月8日的美國專利US3877054，擦除操作將會(huì)導(dǎo)致柵極絕緣層的退化和可靠性的下降，2006年8月1日的美國專利US7085161提出利用損耗均衡技術(shù)和循環(huán)技術(shù)緩解。導(dǎo)電橋接型存儲(chǔ)器在寫壽命方面可能也面對著類似的限制，如2016年7月23日的美國專利US2016/081518，同時(shí)，另一方面，鐵電型存儲(chǔ)器，如1999年10月19日的美國專利US5969981， 1972年7月6日的蘇聯(lián)專利SU434871,具有高寫壽命，但是其讀操作具有破壞性，需要后續(xù)的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)刷新。隨著相變型存儲(chǔ)器的發(fā)展，如2006年1月10日的中國專利CN101000944或者1995年4月11日的美國專利US5406509，相變相關(guān)的電阻型存儲(chǔ)器，如2013年8月27日的美國專利US8520245，顯示了高寫壽命參數(shù)。他們也指出在寫操作和擦除操作中的局部功率消耗相當(dāng)重要，它們最終將成為寫壽命參數(shù)的限制。

因此，仍需要可編程非易失性存儲(chǔ)器具有高寫壽命和低功率的寫讀擦除操作。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明基于上述技術(shù)問題提供一種可編程非易失性存儲(chǔ)器及其在半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件上的運(yùn)用。

一種可編程非易失性存儲(chǔ)器，包含離子導(dǎo)體，其特征在于：作為離子存儲(chǔ)器的所述離子導(dǎo)體摻雜堿性離子，并且具有與其相鄰的電阻加熱器。

作為優(yōu)選，所述離子導(dǎo)體摻雜Na。

作為優(yōu)選，所述存儲(chǔ)器為半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，至少，所述半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的PN結(jié)終止表面的P型導(dǎo)電側(cè)的部分，覆蓋所述離子導(dǎo)體薄膜并且具有與其相鄰的電阻加熱層。

作為優(yōu)選，所述薄膜為鋁硅酸鹽玻璃薄膜。

作為優(yōu)選，所述電阻加熱層為Ti-N-Si薄膜。

作為優(yōu)選，所述半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的P型側(cè)用于連接至BIT線，所述半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的N型側(cè)通過選擇器接地，所述選擇器由WORD線控制，所述電阻加熱層連接至ENABLE線。

作為優(yōu)選，所述半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的p型側(cè)用于連接至BIT線，所述半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的N型側(cè)通過選擇器連接至WORD線，所述電阻加熱層連接至ENABLE線。

作為優(yōu)選，所述半導(dǎo)體存儲(chǔ)器與開關(guān)器件串聯(lián)，所述半導(dǎo)體器件的n型側(cè)通過選擇器連接至WORD線，所述電阻加熱層連接至ENABLE線。

作為優(yōu)選，所述選擇器為晶體管，所述半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的N型側(cè)通過所述選擇器的金屬極連接至WORD線和地，所述電阻加熱層連接至ENABLE線。

作為優(yōu)選，通過ENABLE線上的ENABLE信號(hào)和所述PN結(jié)上的反向偏壓，執(zhí)行寫操作。

作為優(yōu)選，通過所述PN結(jié)上的反向偏壓，執(zhí)行寫操作。

作為優(yōu)選，通過所述ENABLE線上輸入的ENABLE信號(hào)，執(zhí)行擦除操作。

作為優(yōu)選，所述存儲(chǔ)器為二極管。

作為優(yōu)選，所述存儲(chǔ)器為晶體管。

作為優(yōu)選，所述選擇器為二極管。

由于數(shù)據(jù)的寫和擦除操作都僅僅只基于無損的促進(jìn)作為離子存儲(chǔ)器的鋁硅酸鹽玻璃層中的快速擴(kuò)散離子進(jìn)行適當(dāng)?shù)闹匦路植迹景l(fā)明具有高的寫壽命，同時(shí)，溫度驅(qū)動(dòng)的寫使能確保了在85℃或者更低的操作溫度下，至少10⁴小時(shí)的高數(shù)據(jù)保持壽命。

附圖說明

圖1基于二極管的本發(fā)明的半導(dǎo)體存儲(chǔ)設(shè)備；

圖2基于晶體管的本發(fā)明的半導(dǎo)體存儲(chǔ)設(shè)備；

圖3本發(fā)明的半導(dǎo)體存儲(chǔ)設(shè)備寫擦除序列的典型性能；

圖4本發(fā)明半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的一個(gè)基本存儲(chǔ)單元。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。

實(shí)施例一

圖1為本發(fā)明的存儲(chǔ)單元的最基本實(shí)施方式，一個(gè)二極管，包含電阻率大約為1Ω·cm，厚度為大約為1μm 的基底?；咨戏謩e形成p型硅層的陽極區(qū)1-1和n型硅層的陰極區(qū)1-2。鋁硅酸鹽玻璃層1-3形成于p型的陽極區(qū)1-1和n型的陰極區(qū)1-2之間的pn結(jié)的終止表面上，并且摻雜濃度為8*10¹⁶-2*10¹⁷cm^-3的Na。其上方覆蓋有0.5um厚的Ti-N-Si電阻加熱器1-4，金屬觸點(diǎn)1-5、1-6分別與陽極區(qū)1-1和陰極區(qū)1-2連接。利用標(biāo)準(zhǔn)的臺(tái)面工藝方法和技術(shù)以形成所述的結(jié)構(gòu)。

具體操作中，利用覆蓋在上方的電阻加熱器1-4對鋁硅酸鹽玻璃層1-3加熱，以增加其中Na離子的移動(dòng)性，同時(shí)施加在觸點(diǎn)1-5、1-6之間的電場促進(jìn)所述離子的重新分布，促使其在鋁硅酸鹽玻璃層1-3的p型的陽極區(qū)1-1的界面附近的負(fù)偏堆積。當(dāng)堆積的電荷足以在p型的陽極區(qū)1-1形成n型的次表反偏層時(shí)，二極管的電阻率相比初始狀態(tài)下降3-4個(gè)數(shù)量級。在零偏置條件下，再次加熱鋁硅酸鹽玻璃層1-3，使得二極管恢復(fù)至原始狀態(tài)。由于數(shù)據(jù)的寫和擦除操作都僅僅只基于無損的促進(jìn)作為離子存儲(chǔ)器的鋁硅酸鹽玻璃層1-3中的快速擴(kuò)散離子的合適的重新分布，本發(fā)明具有高的寫壽命（圖3），同時(shí)，溫度驅(qū)動(dòng)的寫使能確保了，在85℃或者更低的操作溫度下，至少10⁴小時(shí)的高數(shù)據(jù)保持壽命。

圖4為本實(shí)施例的基本應(yīng)用，BIT/Y線連接至觸點(diǎn)1-5，觸點(diǎn)1-6通過選擇器（如MOSFET）接地。寫操作需要預(yù)先對整個(gè)存儲(chǔ)塊的電阻加熱器網(wǎng)絡(luò)施加ENABLE信號(hào)，WRITE信號(hào)通過選擇器施加。當(dāng)然也可以通過另外的選擇器提供ENABLE信號(hào) ，從而確保RAM型操作，但是這將會(huì)導(dǎo)致存儲(chǔ)單元體積的相應(yīng)增加。擦除操作僅僅需要施加ENABLE信號(hào)，但是，在一些實(shí)施例中，也可以通過同步施加的WRITE信號(hào)的翻轉(zhuǎn)信號(hào)來促進(jìn)擦除操作。

實(shí)施例二

圖2為本發(fā)明的存儲(chǔ)單元的另一個(gè)基本實(shí)施方式，一個(gè)MOS晶體管，包含電阻率大約為1Ω·cm，厚度為大約為1μm 的p型硅基底2-1，以及形成于基底2-1上的n型的源極區(qū)2-2和漏極區(qū)2-3。鋁硅酸鹽層2-4（柵極絕緣層）大約0.5μm厚，摻雜濃度為8*10¹⁶-2*10¹⁷cm^-3的Na，并且覆蓋區(qū)域2-1、2-2、2-3的一部分。金屬極2-5與Ti-N-Si制成的電阻加熱器2-6位于鋁硅酸鹽層2-4之上，金屬觸點(diǎn)2-7、2-8分別連接源極區(qū)2-2和漏極區(qū)2-3，0.8μm厚的SiO₂層2-9，覆蓋基底2-1頂部表面的剩余部分。所述結(jié)構(gòu)可以通過臺(tái)面工藝方法和技術(shù)形成。

具體操作中，利用覆蓋在上方的電阻加熱器2-6對鋁硅酸鹽層2-4加熱，以增加其中Na離子的移動(dòng)性，Na離子在金屬極2-5的偏置下在鋁硅酸鹽層2-4中重新分布，形成在基底2-1的界面附近的正電荷的堆積，并且導(dǎo)致?lián)p耗，最終導(dǎo)致次表層翻轉(zhuǎn)為n型導(dǎo)電，并且源極區(qū)2-2和漏極區(qū)2-3之間的電阻相比初始狀態(tài)的下降高達(dá)3-4個(gè)數(shù)量級。再次加熱鋁硅酸鹽層2-4，使得二極管恢復(fù)至原始狀態(tài)。由于數(shù)據(jù)的寫和擦除操作都僅僅只基于無損的促進(jìn)作為離子存儲(chǔ)器的鋁硅酸鹽層2-4中的快速擴(kuò)散離子的合適的重新分布，本發(fā)明具有高的寫壽命。

本發(fā)明的MOS晶體管在存儲(chǔ)器陣列中的基本應(yīng)用，本質(zhì)上與圖4相類似，只需做相應(yīng)的改變。

可以理解的是在其他實(shí)施例中，如開關(guān)器件、四層二極管或者擊穿二極管，可以作為存儲(chǔ)器陣列的交叉點(diǎn)配置的任何一個(gè)選擇器，或者作為存儲(chǔ)設(shè)備本身與其他合適的選擇器結(jié)合，如二極管。本發(fā)明也可以通過不具有PN結(jié)的裝置，如基于電荷耦合裝置實(shí)施。另外，可能通過引入任何相反極性的的靜態(tài)電荷修改離子導(dǎo)體，因此允許獨(dú)立存儲(chǔ)單元的互補(bǔ)配置，或者介電常數(shù)或磁導(dǎo)率的修改器修改。其他可能的應(yīng)用可以利用移動(dòng)離子的重新分布導(dǎo)致的介電常數(shù)、折射率、或滲透率的變化，通過電容性、旋轉(zhuǎn)或光學(xué)讀出存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。本領(lǐng)域技術(shù)人員，為達(dá)到特定目的，也可能對本發(fā)明的基本方法進(jìn)行其他合適的改變和修改。因此本發(fā)明的基本方案，簡單的包含利用離子導(dǎo)體作為離子存儲(chǔ)器，該離子導(dǎo)體摻雜堿性離子，并且具有位于其附近的電阻加熱器。當(dāng)其應(yīng)用于半導(dǎo)體存儲(chǔ)器時(shí)，至少所述半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的PN結(jié)終止表面的P型導(dǎo)電側(cè)的部分，覆蓋摻雜有堿性離子的離子導(dǎo)體薄膜作為離子存儲(chǔ)器，并且具有與其相鄰的電阻加熱層。