CN103117087B - 一种短时与长时存储器件及存储方法 - Google Patents

一种短时与长时存储器件及存储方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103117087B
CN103117087B CN201310015283.2A CN201310015283A CN103117087B CN 103117087 B CN103117087 B CN 103117087B CN 201310015283 A CN201310015283 A CN 201310015283A CN 103117087 B CN103117087 B CN 103117087B
Authority
CN
China
Prior art keywords
memory device
low resistance
electrode layer
resistance state
memory
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201310015283.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103117087A (zh
Inventor
缪向水
李祎
钟应鹏
许磊
孙华军
徐小华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Huazhong University of Science and Technology
Original Assignee
Huazhong University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Huazhong University of Science and Technology filed Critical Huazhong University of Science and Technology
Priority to CN201310015283.2A priority Critical patent/CN103117087B/zh
Priority to PCT/CN2013/071157 priority patent/WO2014110846A1/zh
Publication of CN103117087A publication Critical patent/CN103117087A/zh
Priority to US14/800,693 priority patent/US9418733B2/en
Application granted granted Critical
Publication of CN103117087B publication Critical patent/CN103117087B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C13/00—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
    • G11C13/0002—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
    • G11C13/0004—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements comprising amorphous/crystalline phase transition cells
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/005—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor comprising combined but independently operative RAM-ROM, RAM-PROM, RAM-EPROM cells
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C13/00—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
    • G11C13/0002—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C13/00—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
    • G11C13/0002—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
    • G11C13/0009—RRAM elements whose operation depends upon chemical change
    • G11C13/0011—RRAM elements whose operation depends upon chemical change comprising conductive bridging RAM [CBRAM] or programming metallization cells [PMCs]
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C13/00—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
    • G11C13/0002—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
    • G11C13/0021—Auxiliary circuits
    • G11C13/0033—Disturbance prevention or evaluation; Refreshing of disturbed memory data
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C13/00—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
    • G11C13/0002—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
    • G11C13/0021—Auxiliary circuits
    • G11C13/0035—Evaluating degradation, retention or wearout, e.g. by counting writing cycles
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C13/00—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
    • G11C13/0002—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
    • G11C13/0021—Auxiliary circuits
    • G11C13/0069—Writing or programming circuits or methods
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C13/00—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
    • G11C13/0002—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
    • G11C13/0021—Auxiliary circuits
    • G11C13/0097—Erasing, e.g. resetting, circuits or methods
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C14/00—Digital stores characterised by arrangements of cells having volatile and non-volatile storage properties for back-up when the power is down
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
    • H10N70/20—Multistable switching devices, e.g. memristors
    • H10N70/231—Multistable switching devices, e.g. memristors based on solid-state phase change, e.g. between amorphous and crystalline phases, Ovshinsky effect
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
    • H10N70/20—Multistable switching devices, e.g. memristors
    • H10N70/24—Multistable switching devices, e.g. memristors based on migration or redistribution of ionic species, e.g. anions, vacancies
    • H10N70/245—Multistable switching devices, e.g. memristors based on migration or redistribution of ionic species, e.g. anions, vacancies the species being metal cations, e.g. programmable metallization cells
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
    • H10N70/801—Constructional details of multistable switching devices
    • H10N70/821—Device geometry
    • H10N70/826—Device geometry adapted for essentially vertical current flow, e.g. sandwich or pillar type devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
    • H10N70/801—Constructional details of multistable switching devices
    • H10N70/841—Electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
    • H10N70/801—Constructional details of multistable switching devices
    • H10N70/881—Switching materials
    • H10N70/882—Compounds of sulfur, selenium or tellurium, e.g. chalcogenides
    • H10N70/8822—Sulfides, e.g. CuS
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
    • H10N70/801—Constructional details of multistable switching devices
    • H10N70/881—Switching materials
    • H10N70/882—Compounds of sulfur, selenium or tellurium, e.g. chalcogenides
    • H10N70/8825—Selenides, e.g. GeSe
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N70/00—Solid-state devices having no potential barriers, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
    • H10N70/801—Constructional details of multistable switching devices
    • H10N70/881—Switching materials
    • H10N70/882—Compounds of sulfur, selenium or tellurium, e.g. chalcogenides
    • H10N70/8828—Tellurides, e.g. GeSbTe
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/54—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using elements simulating biological cells, e.g. neuron
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C13/00—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
    • G11C13/0002—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
    • G11C13/0021—Auxiliary circuits
    • G11C13/0069—Writing or programming circuits or methods
    • G11C2013/0092—Write characterized by the shape, e.g. form, length, amplitude of the write pulse

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

本发明属于信息存储器件领域，提供了一种短时与长时存储器件及存储方法；该存储器件包括第一电极层、功能材料层和第二电极层；第一电极层的材料为惰性导电金属，第二电极层的材料为活泼导电金属，功能材料层的材料为硫系化合物；在单个第一写信号或多个具有第一间隔时间的第一写脉冲作用下，存储器件从高阻态转换到易失性低阻态，存储信息能维持一段较短时间；在单个第二写脉冲或多个具有第二间隔时间的第一写脉冲作用下，存储器件从高阻态或易失性低阻态切换到非易失性低阻态，存储信息能维持很长一段时间。可以实现生物短时记忆和长时记忆的功能模拟，将重要数据长期稳定存储，将不重要数据主动遗忘删除，从功能上提高存储效率。

Description

一种短时与长时存储器件及存储方法
技术领域
本发明属于信息存储器件领域，更具体地，涉及一种短时与长时存储器件及存储方法。
背景技术
传统存储器分成两种，一种是非易失性存储器，譬如磁盘存储和闪存，另一种是易失性存储器，譬如动态随机存储器（Dynamic Random-AccessMemory，DRAM）。传统存储器的发展在于靠减少单元面积来提高存储密度，当越来越接近物理极限时，难以再进一步提升，难以适应信息呈爆炸式增长的信息技术飞速发展的当今时代。除了追求存储器更高密度、更快速度、更高可靠性之外，也应该从功能的维度驱动存储器发展，开发出具有新型功能的存储器，以提高存储效率。
相比于传统的存储器件，人脑的信息存储具有短时记忆和长时记忆的功能，能够将大部分无关信息遗忘掉，从而提高信息存储和处理效率。公开号为CN101419836A，发明名称为“一种相变随机存储器”的专利申请文件中存储器仅包含了长时存储模块，不能实现短时存储功能。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种能同时实现长时存储和短时存储的短时与长时存储器件。
本发明提供了一种短时与长时存储器件，包括第一电极层、与所述第一电极层连接的功能材料层，与所述功能材料层连接的第二电极层；所述第一电极层的材料为惰性导电金属，所述第二电极层的材料为活泼导电金属，所述功能材料层的材料为硫系化合物。
更进一步地，所述第一电极层用于接收外部的脉冲信号，所述第二电极层用于接收外部的脉冲信号；当施加在所述第一电极层与所述第二电极层之间的电压为第一写脉冲时，所述存储器件从高阻态转变为易失性低阻态，经过遗忘时间后所述存储器件从所述易失性低阻态恢复到所述高阻态，实现短时存储功能；当施加在所述第一电极层与所述第二电极层之间的电压为第二写脉冲，所述存储器件从高阻态转变为非易失性低阻态，实现长时存储功能。
更进一步地，所述第一电极层用于接收外部的脉冲信号，所述第二电极层用于接收外部的脉冲信号；当施加在所述第一电极层与所述第二电极层之间的电压为多个相隔第一间隔时间的第一写脉冲，所述存储器件从高阻态转变为易失性低阻态，经过遗忘时间后所述存储器件从所述易失性低阻态恢复到所述高阻态，实现短时存储功能；当施加在所述第一电极层与所述第二电极层之间的电压为多个相隔第二间隔时间的第一写脉冲，所述存储器件从高阻态转变为非易失性低阻态，实现长时存储功能；所述第二间隔时间小于所述第一间隔时间。
更进一步地，所述第一电极层用于接收外部的脉冲信号，所述第二电极层用于接收外部的脉冲信号；当施加在所述第一电极层与所述第二电极层之间的电压为复位脉冲，所述存储器件从易失性低阻态或非易失性低阻态恢复到高阻态，实现复位功能。
更进一步地，所述第一写脉冲的电压幅值大于第一电压阈值且小于第二电压阈值；所述第二写脉冲的电压幅值大于所述第二电压阈值；所述第一间隔时间大于时间阈值；所述第二间隔时间小于时间阈值。
更进一步地，所述第一电压阈值的取值范围为0.5~1.5V，所述第二电压阈值的取值范围为1.6~3V，所述时间阈值的取值范围为1ms~168h。
更进一步地，所述第一电极层、所述功能材料层和所述第二电极层构成三明治叠层结构、T型结构、I型结构或金字塔型结构。
更进一步地，所述第一电极层的材料为铂、钛钨或钽。
更进一步地，所述功能材料层的材料为由锗、锑、碲、锡、硒和铋中任意两种或两种以上的元素构成的合金。
更进一步地，所述第二电极层的材料为银或铜。
本发明还提供了一种短时与长时存储方法，包括下述步骤：
在第一电极层和第二电极层上施加脉冲信号；
通过控制所述第一电极层与所述第二电极层之间的电压为第一写脉冲使得存储器件从高阻态转变为易失性低阻态，并经过遗忘时间后所述存储器件从所述易失性低阻态恢复到所述高阻态，实现了短时存储功能；
通过控制所述第一电极层与所述第二电极层之间的电压为第二写脉冲使得所述存储器件从高阻态转变为非易失性低阻态，实现了长时存储功能。
更进一步地，所述方法还包括下述步骤：
通过控制所述第一电极层与所述第二电极层之间的电压为多个相隔第一间隔时间的第一写脉冲，使得所述存储器件从高阻态转变为易失性低阻态，并经过遗忘时间后所述存储器件从所述易失性低阻态恢复到所述高阻态，实现了短时存储功能；
通过控制所述第一电极层与所述第二电极层之间的电压为多个相隔第二间隔时间的第一写脉冲，使得所述存储器件从高阻态转变为非易失性低阻态，实现了长时存储功能；
所述第二间隔时间小于所述第一间隔时间。
更进一步地，所述方法还包括下述步骤：通过控制所述第一电极层与所述第二电极层之间的电压为复位脉冲，使得所述存储器件从易失性低阻态或非易失性低阻态恢复到高阻态，实现了复位功能。
本发明中，在单个第一写信号或多个具有第一间隔时间的第一写脉冲作用下，存储器件从高阻态转换到易失性低阻态，存储信息能维持一段较短时间；在单个第二写脉冲或多个具有第二间隔时间的第一写脉冲作用下，存储器件从高阻态或易失性低阻态切换到非易失性低阻态，存储信息能维持很长一段时间；实现了生物短时记忆和长时记忆的功能模拟，将重要数据长期稳定存储，将不重要数据主动遗忘删除，从功能上提高存储效率。
附图说明
图1是本发明实施例提供的短时与长时存储器件的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的模拟人脑短时记忆和长时记忆的测试示意图；
图3是本发明实施例提供的短时与长时存储器件模拟人脑短时记忆测试示意图；
图4是本发明实施例提供的短时与长时存储器件模拟人脑长时记忆测试示意图；
图5是本发明实施例提供的短时与长时存储器件模拟人脑记忆消除测试示意图；
图6是本发明实施例提供的短时与长时存储器件操作方法流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提出了一种新的存储器件及其存储方法，该器件能够对信息进行短时存储和长时存储。可以用于模拟人脑的信息存储模式，将短时记忆和长时记忆结合在一起，是提高现有存储器件效率的一个可能方法和方向。
本发明实施例提供的短时与长时存储器件包括第一电极层、与第一电极层连接的功能材料层，与功能材料层连接的第二电极层；第一电极层的材料为惰性导电金属，第二电极层的材料为活泼导电金属，功能材料层的材料为硫系化合物。该存储器件能模拟人脑的短时记忆和长时记忆，实现短时和长时的信息存储功能。其为二端器件，结构简单，且所采用的功能材料为硫系化合物材料，已在信息存储技术工业界成熟应用，易于制备，成本低廉；装置尺寸可至纳米级，功耗低，有较大的可能性应用于大规模存储阵列或神经网络阵列。
在本发明实施例中，第一电极层用于接收外部的脉冲信号，所述第二电极层用于接收外部的脉冲信号；当施加在所述第一电极层与所述第二电极层之间的电压为第一写脉冲时，所述存储器件从高阻态转变为易失性低阻态，经过遗忘时间后所述存储器件从所述易失性低阻态恢复到所述高阻态，实现短时存储功能；当施加在所述第一电极层与所述第二电极层之间的电压为第二写脉冲，所述存储器件从高阻态转变为非易失性低阻态，实现长时存储功能。
在本发明实施例中，第一电极层用于接收外部的脉冲信号，所述第二电极层用于接收外部的脉冲信号；当施加在所述第一电极层与所述第二电极层之间的电压为多个相隔第一间隔时间的第一写脉冲，所述存储器件从高阻态转变为易失性低阻态，经过遗忘时间后所述存储器件从所述易失性低阻态恢复到所述高阻态，实现短时存储功能；当施加在所述第一电极层与所述第二电极层之间的电压为多个相隔第二间隔时间的第一写脉冲，所述存储器件从高阻态转变为非易失性低阻态，实现长时存储功能；其中，第二间隔时间小于所述第一间隔时间。遗忘时间根据材料不同而不同，遗忘时间的范围为5ms~168h。
在本发明实施例中，第一电极层用于接收外部的脉冲信号，所述第二电极层用于接收外部的脉冲信号；当施加在所述第一电极层与所述第二电极层之间的电压为复位脉冲，所述存储器件从易失性低阻态或非易失性低阻态恢复到高阻态，实现复位功能。
本发明实施例提供的存储装置能模拟人脑短时记忆和长时记忆的功能，具体包括：（1）存储装置至少存在三个电阻状态，高阻态（OFF态），保持时间较短的低阻态（易失性低阻态、短时存储）以及稳定保持的低阻态（非易失性低阻态、长时存储）；（2）施加一个第一写脉冲能使存储器件从OFF态转变为易失性低阻态，但随后在一段时间内器件会从易失性低阻态自动衰退回OFF态，实现短时记忆功能；（3）施加多个相隔时间足够大的第一写脉冲使存储器从OFF态转变成易失性低阻态，但随后在一段时间内器件会从易失性低阻态衰退回OFF态，实现短时记忆功能；（4）施加多个相隔时间足够小的第一写脉冲使存储器件从OFF态转变成非易失性低阻态，实现长时记忆功能；（5）施加一个第二写脉冲能使存储器件从OFF态转变为非易失性低阻态，实现长时记忆功能；（6）对于处于短时记忆的易失性低阻态或者长时记忆的非易失性低阻态，施加复位脉冲都能使器件恢复到OFF态。具体实现通过实施例说明。本发明实施例提供的短长时存储装置能模拟实现生物短时记忆和长时记忆的功能，将重要数据长期稳定存储，将不重要数据主动遗忘删除，从功能上提高存储效率。
在本发明实施例中，短时与长时存储器件采用活性电极/非晶硫系化合物材料/惰性电极结构。功能材料层是硫系化合物，器件一端电极采用Ag、Cu等活性金属，另一端采用Pt、Au、Ti、TiN、TiW、Ta等惰性金属。器件的电阻变化基于两种不同机制。第一种是基于金属电极与硫系化合物界面处发生氧化反应，生成的活性金属离子在电场作用下进入功能材料内迁移，形成金属导电丝，使电阻下降，但金属导电丝会随时间扩散而断裂，使电阻上升，实现短时记忆功能；第二种是基于硫系化合物在电流产生的焦耳热作用下产生相变，从高电阻的非晶态转变成低电阻的晶态，实现长时记忆功能。
器件初始为高电阻OFF态，在施加写脉冲时，功能材料与第二电极接触面处发生氧化反应形成第二电极材料的金属离子，金属离子在电场驱动下往第一电极方向迁移，将在功能材料中、第一电极和第二电极之间形成金属导电丝，但又不至于使功能材料发生相变，使器件变为基于金属导电丝导电的易失性低阻态，实现短时存储。如果继续施加写脉冲，由于硫系化合物材料的能量累积效应，功能材料发生相变，转变成低电阻的稳定的晶态，此时器件为非易失性低阻态，实现长时存储。器件初始为高电阻OFF态，在施加幅值较大写脉冲时，功能材料发生相变，器件为非易失性低阻态，实现长时存储。当器件处于低电阻ON态，如果施加负向复位脉冲，功能材料中的金属离子会往第二电极迁移，连接第一电极和第二电极的金属丝断开，而且使功能材料再次发生相变，转变成高电阻的稳定的非晶态，使器件复位到高电阻OFF态。此外，金属导电丝在外界环境影响下，在功能材料中扩散，经过一段时间也会断开，恢复到高电阻OFF态。
在本发明实施例中，第一电极材料为铂（Pt）、钛钨（TiW）、钽（Ta）等惰性导电金属，其中第二电极材料为银（Ag）、铜（Cu）等活泼导电金属；功能材料为硫系化合物，包括锗（Ge）、锑（Sb）、碲（Te）和铋（Bi）等其中两种或两种以上的合金，如GeTe、Ge2Sb2Te5、Sb2Te3、BiTe和AgInSbTe等。
在本发明实施例中，第一写脉冲的电压幅值大于第一电压阈值且小于第二电压阈值；第二写脉冲的电压幅值大于第二电压阈值；第一间隔时间大于时间阈值；第二间隔时间小于时间阈值。
在本发明实施例中，第一电极层、所述功能材料层和所述第二电极层构成三明治叠层结构、T型结构、I型结构或金字塔型结构。图1示出了本发明的短时与长时存储器件为三明治叠层结构时的具体结构；为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
短时与长时存储器件包括第一电极101、第二电极103和第一电极101和第二电极103之间功能材料102。功能材料102与第一电极101、第二电极103形成电接触。在本实施例中，第一电极材料为铂（Pt），第二电极材料为银（Ag），功能材料为GeTe。
在下列测试实例中，电压脉冲信号施加在第二电极103上，第一电极101接地，电阻为第一电极101与第二电极103之间的电阻。当写脉冲信号的电压幅值大于第一电压阈值（0.5~1.5V）而小于第二电压阈值（1.6~3V），定义为第一写脉冲，当写脉冲信号的电压幅值大于第二电压阈值，定义为第二写脉冲。当写脉冲信号的间隔时间大于时间阈值（1ms~168h），定义为第一间隔时间，当写脉冲信号的间隔时间小于时间阈值，定义为第二间隔时间。当器件电阻大于第一电阻阈值（50kΩ~10MΩ）时，定义为高电阻态即OFF态；当器件电阻小于第二电阻阈值（1kΩ~50kΩ）时，定义为低电阻态即ON态。
图2是示出根据本发明的实施例，在短时与长时存储器件中模拟实现人脑短时记忆功能和长时记忆功能。
存储器件初始处于OFF态。当输入一个第一写脉冲信号后，器件电阻减小，转变成易失性低阻态。之后输入信号为零，器件电阻逐渐增大，经过一段时间后，恢复到OFF态，实现短时记忆。
存储器件初始处于OFF态。当输入一个第二写脉冲后，器件电阻减小，转变成非易失性低阻态。之后输入信号为零，器件电阻基本不变，保持在低电阻ON态，实现长时记忆。
图3是示出根据本发明的实施例，在短时与长时存储器件中模拟实现人脑短时记忆功能。
存储器件初始处于OFF态。当输入一个第一写脉冲信号时，器件电阻减小，转变成易失性低阻态。在输入信号为零时，器件电阻逐渐增大，经过一段时间后，恢复到OFF态。当经过第一时间间隔，再输入第一写脉冲信号时，器件电阻再次减小，转变成易失性低阻态，并在输入信号为零时，器件电阻再逐渐增大，经过一段时间后，恢复到OFF态。当输入若干个相隔第一时间间隔的第一写脉冲信号后，器件转变成易失性低阻态后仍可以恢复到OFF态。
图4是示出根据本发明的实施例，在短时与长时存储器件中模拟实现人脑长时记忆功能。
短时与长时存储器件初始处于OFF态。当输入一个第一写脉冲信号时，器件电阻减小，转变成易失性低阻态。在输入信号为零时，器件电阻逐渐增大，经过一段时间后，恢复到OFF态。当经过第二时间间隔，再输入第一写脉冲信号时，器件电阻再次减小，转变成易失性低阻态，并在输入信号为零时，器件电阻再逐渐增大，经过一段时间后，恢复到OFF态。当输入若干个相隔第二时间间隔的第一写脉冲信号后，器件转变成非易失性低阻态。
图5是示出根据本发明的另一实施例，在短时与长时存储器件中模拟实现人脑记忆消除功能，即存储信息擦除操作。
短时与长时存储器件初始处于ON态。当输入一个负向复位脉冲信号时，器件电阻增大，转变成OFF态，并能在输入信号为零时，器件电导基本不变，保持在OFF态。
采用本发明实施例提供的短时与长时存储器件实现的存储方法具体包括：
在第一电极层和第二电极层上施加脉冲信号；
通过控制所述第一电极层与所述第二电极层之间的电压为第一写脉冲使得存储器件从高阻态转变为易失性低阻态，并经过遗忘时间后所述存储器件从所述易失性低阻态恢复到所述高阻态，实现了短时存储功能；
通过控制所述第一电极层与所述第二电极层之间的电压为第二写脉冲使得所述存储器件从高阻态转变为非易失性低阻态，实现了长时存储功能。
作为本发明的一个实施例，上述方法还包括：
通过控制所述第一电极层与所述第二电极层之间的电压为多个相隔第一间隔时间的第一写脉冲，使得所述存储器件从高阻态转变为易失性低阻态，并经过遗忘时间后所述存储器件从所述易失性低阻态恢复到所述高阻态，实现了短时存储功能；
通过控制所述第一电极层与所述第二电极层之间的电压为多个相隔第二间隔时间的第一写脉冲，使得所述存储器件从高阻态转变为非易失性低阻态，实现了长时存储功能；其中，第二间隔时间小于所述第一间隔时间。
作为本发明的一个实施例，上述方法还包括：
通过控制所述第一电极层与所述第二电极层之间的电压为复位脉冲，使得所述存储器件从易失性低阻态或非易失性低阻态恢复到高阻态，实现了复位功能。
图6示出根据本发明的流程图，在短时与长时存储器件中，实现短时记忆、长时记忆和存储信息擦除功能。
当短时与长时存储器件初始处于OFF态，输入一个第一写脉冲、或多个相隔第一间隔时间的第一写脉冲后，存储器件转变成易失性低阻态；输入一个第二写脉冲、或多个相隔第二间隔时间的第一写脉冲后，存储器件转变成非易失性低阻态。
当短时与长时存储器件初始处于易失性低阻态，不输入信号，经过一段时间，器件转变成OFF态，或输入一个复位脉冲，转变成OFF态；输入多个相隔第二间隔时间的第一写脉冲、或一个第二写脉冲后，存储器件转变成非易失性低阻态。
当短时与长时存储器件初始处于非易失性低阻态，输入复位脉冲信号，器件转变成OFF态。
在本发明实施例中，其它结构的器件（如T型结构、I型结构或金字塔型结构），其它材料的第一电极，包括钛钨（TiW）和钽（Ta）等惰性导电金属，其它材料的第二电极，包括铜（Cu）等活泼导电金属，其它材料的硫系化合物功能材料，包括包括锗（Ge）、锑（Sb）、碲（Te）锡、硒和铋（Bi）等其中两种或两种以上的合金，如GeTe、Ge2Sb2Te5、Sb2Te3、BiTe和AgInSbTe等，也能实现如上短时与长时存储的功能，在此不再一一详述。
本发明提供的短时与长时存储器件及存储方法均能同时模拟人脑的短时记忆功能、长时记忆功能和记忆消除功能。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种短时与长时存储器件，其特征在于，包括第一电极层、与所述第一电极层连接的功能材料层，与所述功能材料层连接的第二电极层；所述第一电极层的材料为惰性导电金属，所述第二电极层的材料为活泼导电金属，所述功能材料层的材料为硫系化合物；
所述第一电极层用于接收外部的脉冲信号，所述第二电极层用于接收外部的脉冲信号；当施加在所述第一电极层与所述第二电极层之间的电压为第一写脉冲时，所述存储器件从高阻态转变为易失性低阻态，经过遗忘时间后所述存储器件从所述易失性低阻态恢复到所述高阻态，实现短时存储功能；当施加在所述第一电极层与所述第二电极层之间的电压为第二写脉冲，所述存储器件从高阻态转变为非易失性低阻态，实现长时存储功能。
2.如权利要求1所述的存储器件，其特征在于，所述第一电极层用于接收外部的脉冲信号，所述第二电极层用于接收外部的脉冲信号；当施加在所述第一电极层与所述第二电极层之间的电压为多个相隔第一间隔时间的第一写脉冲，所述存储器件从高阻态转变为易失性低阻态，经过遗忘时间后所述存储器件从所述易失性低阻态恢复到所述高阻态，实现短时存储功能；当施加在所述第一电极层与所述第二电极层之间的电压为多个相隔第二间隔时间的第一写脉冲，所述存储器件从高阻态转变为非易失性低阻态，实现长时存储功能；所述第二间隔时间小于所述第一间隔时间。
3.如权利要求1或2所述的存储器件，其特征在于，所述第一电极层用于接收外部的脉冲信号，所述第二电极层用于接收外部的脉冲信号；当施加在所述第一电极层与所述第二电极层之间的电压为复位脉冲，所述存储器件从易失性低阻态或非易失性低阻态恢复到高阻态，实现复位功能。
4.如权利要求2所述的存储器件，其特征在于，所述第一写脉冲的电压幅值大于第一电压阈值且小于第二电压阈值；所述第二写脉冲的电压幅值大于所述第二电压阈值；所述第一间隔时间大于时间阈值；所述第二间隔时间小于时间阈值。
5.如权利要求4所述的存储器件，其特征在于，所述第一电压阈值的取值范围为0.5～1.5V，所述第二电压阈值的取值范围为1.6～3V，所述时间阈值的取值范围为1ms～168h。
6.如权利要求1所述的存储器件，其特征在于，所述第一电极层、所述功能材料层和所述第二电极层构成三明治叠层结构、T型结构、I型结构或金字塔型结构。
7.如权利要求1所述的存储器件，其特征在于，所述第一电极层的材料为铂、钛钨或钽。
8.如权利要求1所述的存储器件，其特征在于，所述功能材料层的材料为由锗、锑、碲、锡、硒和铋中任意两种或两种以上的元素构成的合金。
9.如权利要求1所述的存储器件，其特征在于，所述第二电极层的材料为银或铜。
10.一种基于权利要求1所述的存储器件的短时与长时存储方法，其特征在于，包括下述步骤：
在第一电极层和第二电极层上施加脉冲信号；
通过控制所述第一电极层与所述第二电极层之间的电压为第一写脉冲使得存储器件从高阻态转变为易失性低阻态，并经过遗忘时间后所述存储器件从所述易失性低阻态恢复到所述高阻态，实现了短时存储功能；
通过控制所述第一电极层与所述第二电极层之间的电压为第二写脉冲使得所述存储器件从高阻态转变为非易失性低阻态，实现了长时存储功能。
11.如权利要求10所述的存储方法，其特征在于，所述方法还包括下述步骤：
通过控制所述第一电极层与所述第二电极层之间的电压为多个相隔第一间隔时间的第一写脉冲，使得所述存储器件从高阻态转变为易失性低阻态，并经过遗忘时间后所述存储器件从所述易失性低阻态恢复到所述高阻态，实现了短时存储功能；
通过控制所述第一电极层与所述第二电极层之间的电压为多个相隔第二间隔时间的第一写脉冲，使得所述存储器件从高阻态转变为非易失性低阻态，实现了长时存储功能；
所述第二间隔时间小于所述第一间隔时间。
12.如权利要求10或11所述的存储方法，其特征在于，所述方法还包括下述步骤：
通过控制所述第一电极层与所述第二电极层之间的电压为复位脉冲，使得所述存储器件从易失性低阻态或非易失性低阻态恢复到高阻态，实现了复位功能。
CN201310015283.2A 2013-01-16 2013-01-16 一种短时与长时存储器件及存储方法 Active CN103117087B (zh)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310015283.2A CN103117087B (zh) 2013-01-16 2013-01-16 一种短时与长时存储器件及存储方法
PCT/CN2013/071157 WO2014110846A1 (zh) 2013-01-16 2013-01-30 一种短时与长时存储器件及存储方法
US14/800,693 US9418733B2 (en) 2013-01-16 2015-07-15 Joint short-time and long-time storage device and storage method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310015283.2A CN103117087B (zh) 2013-01-16 2013-01-16 一种短时与长时存储器件及存储方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103117087A CN103117087A (zh) 2013-05-22
CN103117087B true CN103117087B (zh) 2015-08-26

Family

ID=48415439

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310015283.2A Active CN103117087B (zh) 2013-01-16 2013-01-16 一种短时与长时存储器件及存储方法

Country Status (3)

Country Link
US (1) US9418733B2 (zh)
CN (1) CN103117087B (zh)
WO (1) WO2014110846A1 (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101997975B1 (ko) * 2016-12-01 2019-07-08 한국과학기술원 신경망 시스템을 이용한 정보의 장기, 단기, 및 하이브리드 기억을 위한 방법
CN108922961B (zh) * 2018-07-04 2022-05-13 中国科学院微电子研究所 非易失性存储方法及装置
CN113078262B (zh) * 2021-03-16 2023-04-18 华中科技大学 一种具有类超晶格材料功能层的忆阻器及其制备方法
CN113555353B (zh) * 2021-07-21 2023-11-07 中国科学院微电子研究所 一种三维半导体器件、芯片及三维半导体器件的制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101958399A (zh) * 2009-07-15 2011-01-26 旺宏电子股份有限公司 相变存储装置及其制造方法
CN102610750A (zh) * 2011-01-19 2012-07-25 旺宏电子股份有限公司 四元素镓碲锑为基的相变化材料及存储装置

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6903972B2 (en) * 2003-07-30 2005-06-07 M-Systems Flash Disk Pioneers Ltd. Different methods applied for archiving data according to their desired lifetime
US7199394B2 (en) * 2004-08-17 2007-04-03 Spansion Llc Polymer memory device with variable period of retention time
US8946666B2 (en) * 2011-06-23 2015-02-03 Macronix International Co., Ltd. Ge-Rich GST-212 phase change memory materials
US9792985B2 (en) * 2011-07-22 2017-10-17 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Resistive volatile/non-volatile floating electrode logic/memory cell
KR20130060065A (ko) * 2011-11-29 2013-06-07 에스케이하이닉스 주식회사 비휘발성 메모리 장치 및 이의 제조 방법
US9048415B2 (en) * 2012-01-11 2015-06-02 Micron Technology, Inc. Memory cells including top electrodes comprising metal silicide, apparatuses including such cells, and related methods

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101958399A (zh) * 2009-07-15 2011-01-26 旺宏电子股份有限公司 相变存储装置及其制造方法
CN102610750A (zh) * 2011-01-19 2012-07-25 旺宏电子股份有限公司 四元素镓碲锑为基的相变化材料及存储装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN103117087A (zh) 2013-05-22
WO2014110846A1 (zh) 2014-07-24
US9418733B2 (en) 2016-08-16
US20150318040A1 (en) 2015-11-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3724880B1 (en) Techniques to access a self-selecting memory device
JP6972351B2 (ja) マルチレベル自己選択メモリデバイス
JP6972353B2 (ja) 自動参照のメモリセル読み出し技術
CN100511473C (zh) 存储器件和半导体器件
Sarwat Materials science and engineering of phase change random access memory
KR102179899B1 (ko) 뉴로모픽 시스템 및 그 구현 방법
CN101577141B (zh) 存储器装置及其操作方法
CN105118916B (zh) 电阻式存储器架构和装置
CN1983443B (zh) 存储装置和半导体装置
JP6201056B2 (ja) クロスポイントアレイ内のメモリセルへの並列アクセス
CN102598143B (zh) 用于相变存储器的双脉冲写入
CN100481254C (zh) 存储装置及半导体装置
CN101373632B (zh) 阻抗可变存储器件及其操作方法
CN103415888B (zh) 电阻变化存储器
US20140042381A1 (en) State changing device
CN103117087B (zh) 一种短时与长时存储器件及存储方法
CN100524510C (zh) 存储器件和半导体器件
CN1881466B (zh) 存储设备和半导体装置
CN112309466B (zh) 具有选择和控制晶体管的电阻式随机访问存储器和架构
CN107689799A (zh) 具有非线性元件的切换器件
KR20200093080A (ko) 극성이 조절되는 메모리 셀 기록 동작
CN110544742B (zh) 一种铁电相变混合存储单元、存储器及操作方法
Jo et al. Experimental, modeling and simulation studies of nanoscale resistance switching devices
You et al. Self-structured conductive filament nanoheater for chalcogenide phase transition
Saxena et al. Ultrafast Threshold Switching Dynamics in Phase‐Change Materials

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant