DE102004040751B4 - Resistiv schaltende nicht-flüchtige Speicherzelle auf der Basis von Alkali-Ionendrift, Verfahren zur Herstellung und Verwendung einer Verbindung zur Herstellung - Google Patents

Resistiv schaltende nicht-flüchtige Speicherzelle auf der Basis von Alkali-Ionendrift, Verfahren zur Herstellung und Verwendung einer Verbindung zur Herstellung Download PDF

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Abstract

Nicht-flüchtige, resistiv schaltende Speicherzelle mit einer zwischen einer ersten und einer zweiten Elektrode angeordneten Schicht einer oder mehreren Chalkogenid-Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus CuInS, CuInSe, CdInS, CdInSe, ZnInS, MnInS, MnZnInS, ZnInSe, InS, InSSe und InSe und deren Legierungen, wobei die Schicht Alkali- oder Erdalkali-Ionen enthält.

Description

  • Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der nicht-flüchtigen Speicher und betrifft insbesondere ein Halbleiterelement mit Festkörperionenleiterspeicherzellen, sowie ein Herstellungsverfahren dafür. Die Erfindung betrifft insbesondere resistiv schaltende Speicherzellen, die als aktive Schicht eine Chalkogenidschicht aufweisen.
  • Eine resistiv arbeitende nicht-flüchtige Speicherzelle weist mindestens zwei verschiedene elektrische Widerstände auf, die beispielsweise den Zuständen "0" und "1" zugeordnet werden können. Die Speicherzelle kann in Abhängigkeit der angelegten Spannung einen höheren oder niedrigeren elektrischen Widerstand aufweisen und zwischen diesen zwei Widerständen geschaltet werden.
  • Eine der wesentlichen Bestrebungen bei der Weiterentwicklung moderner Speichertechnologien ist die Erhöhung der Integrationsdichte, so dass der Verringerung der Strukturgröße der den Speichereinrichtungen zugrunde liegenden Speicherzellen eine große Bedeutung zukommt.
  • Die verwendeten Technologien, wie z. B. DRAN, SRAM oder Flash-Speicher, weisen verschiedene Nachteile auf, wie z. B. Flüchtigkeit (DRAN), Größe (SRAM) oder niedrige "Endurance" (Zahl der möglichen Schreib-/Lesezyklen). Es besteht bisher keine Technologie, die allen Anforderungen für verschiedene Applikationen gerecht werden konnte.
  • Ionische Festkörperspeicher sind eine der viel versprechenden Technologien für nicht-flüchtige Speicherzellen. Es ist z. B. bekannt, dass gewisse Metalle, wie z. B Silber oder Kupfer, in Chalkogenid-Gläsern gelöst werden können. Unter dem Glas im weiteren Sinne versteht man ganz allgemein eine amorphe, unterkühlte Schmelze, deren Atome keine durchgehende Fernordnung, sondern nur eine örtlich begrenzte kristalline Anordnung (Nahordnung) in einem dreidimensionalen ungeordneten Netzwerk aufweisen.
  • Ein viel versprechender Ansatz zur Herstellung resistiver nicht-flüchtiger Speicherzellen basiert auf der Verwendung der festen Lösungen in Chalkogenid-Gläsern als aktives (schaltendes) Material für nicht-flüchtige Speicherzellen.
  • Eine solche Speicherzelle weist eine zwischen einer ersten und einer zweiten Elektrode angeordnete Schicht eines Chalkogenidglases, in dem im einfachsten Fall Metallionen des Materials aus dem eine der Elektroden aufgebaut ist, gelöst sind, auf.
  • Chalkogenidgläser-Speicherzellen beruhen auf einem elektrochemischen Redox-Prozess, bei dem Metallionen der einen Elektrode in das Festkörperelektrolytmaterial reversibel ein- und ausdiffundieren und so einen niederohmigen Pfad ausbilden bzw. auflösen können. Genauer ist das Material aus Chalkogenid-Gläsern zwischen zwei Elektroden angeordnet, wobei eine Elektrode als inerte Elektrode und die andere Elektrode als so genannte reaktive Elektrode ausgebildet ist. Die Ionen der reaktiven Elektrode sind im Chalkogenidglas löslich.
  • Die Chalkogenid-Gläser sind in der Regel halbleitend. Durch das Auflösen der Metallionen in die Chalkogenid-Gläser erhält man eine feste Lösung der betreffenden Ionen im Glas. Silber ionen können z. B. durch das Abscheiden eines Ag-Filmes auf einem Chalkogenidglas und durch die nachfolgende Bestrahlung gelöst werden. Durch die Bestrahlung eines hinreichend dicken Ag-Filmes auf Ge3Se7 erhält man beispielsweise ein Material der Formel Ag0,33Ge0,20Se0,47. Entsprechend können die Lösungen durch das Fotoauflösen von Silber in beispielsweise As2S3, AsS2, GeSe2 entstehen.
  • Hirose et al., Journal of Applied Physics, Vol. 47, No. 6, 1976, S. 2767 bis 2772, "Polarity-dependant memory switching and behavior of Ag dendrite in Ag-photodoped amorphous As2S3 films" beschreiben eine Anordnung bestehend aus einer inerten Elektrode aus Molybdän oder Gold, einer zweiten Elektrode aus Silber und einer dazwischen angeordneten Schicht aus einem mit Ag+-Ionen fotodotierten Chalkogenidglas aus As2S3. Durch Anlegung einer positiven Spannung auf der Ag-Elektrode, die über einer so genannten minimalen Schwellspannung liegen muss, wird die Elektrode oxidiert, die Ag+-Ionen werden in das Chalkogenidglas eingetrieben und auf der inerten Elektrode wieder reduziert, was zu metallischen Abscheidungen in Form eines leitenden Ag-Pfades (Dendrites) zwischen der ersten und der zweiten Elektrode führt. Dadurch wird der elektrische Widerstand der Anordnung gesenkt. In diesem Zustand ist der elektrische Widerstand des Festkörperelektrolyten gegenüber dem Zustand ohne einen metallischen Strompfad wesentlich (um etwa mehrere Größenordnungen) verringert, wodurch der EIN-Zustand der Speicherzelle definiert ist. Wird eine entgegengesetzt gepolte Spannung an den beiden Elektroden angelegt, so führt dies zur Zurückbildung der metallischen Abscheidungen bzw. des Strompfades, was dazu führt, dass die beiden Elektroden nicht mehr durchgängig miteinander elektrisch verbunden sind, wodurch der AUS-Zustand der Speicherzelle definiert ist, da die Speicherzelle in diesem Zu stand im Vergleich zum EIN-Zustand einen größeren Widerstand aufweist.
  • Der allgemeine Mechanismus kann daher so erklärt werden, dass die reaktive Elektrode gemeinsam mit dem Festkörperelektrolyten ein Redoxsystem bildet, in welchem oberhalb einer definierten Schwellspannung (Vth) eine Redoxreaktion abläuft. Die Redoxreaktion kann, je nach Polung der an die beiden Elektroden angelegten Spannung, die jedoch größer als die Schwellspannung sein muss, in der einen oder der anderen Reaktionsrichtung ablaufen. Je nach der angelegten Spannung wird die reaktive Elektrode oxidiert und die Metallionen der reaktiven Elektrode diffundieren in das Chalkogenidglas ein und werden an der inerten Elektrode reduziert. Werden fortwährend Metallionen in den Festkörperelektrolyten abgegeben, so nehmen die metallischen Abscheidungen in ihrer Zahl und Größe zu, bis sich schließlich ein die beiden Elektroden überbrückender, metallischer Strompfad ausbildet (EIN-Zustand). Wird die Spannung umgepolt, diffundieren Metallionen aus dem Chalkogenidglas heraus und werden an der reaktiven Elektrode reduziert, was zum Abbau der auf der inerten Elektrode befindlichen metallischen Abscheidungen führt. Dieser Prozess wird unter dem Einfluss der angelegten Spannung so lange fortgesetzt, bis die metallischen Abscheidungen, die den elektrischen Pfad ausbilden, vollkommen abgebaut werden (AUS-Zustand). Der elektrische Widerstand des AUS-Zustands ist zwei bis sechs Größenordnungen größer als der Widerstand des EIN-Zustands. Die Speicherkonzept auf der Basis des vorstehend beschriebenen Mechanismus sind als CB-(conductive bridge)Speicherzelle bekannt.
  • Bekannt und publiziert sind die Implementierung von einzelnen Schaltelementen, die auf der Grundlage von Chalkogenid-Gläsern, wie As2S3, GeSe bzw. GeS sowie WOx beruhen. Siehe hierzu M. N. Kozicki et al., "Superlattices and Microstructures", Vol. 27, No. 5/6, 2000, S. 485 bis 488, M. N. Kozicki et al., Electrochemical Society Proceedings, Vol. 99–13, 1999, S. 298 bis 309, "Applications of Programmable Resistance Changes in Metal-Doped Chalcogenides", und M. N. Kozicki et al., 2002, "Can Solid State Electrochemistry Eliminate the Memory Scaling Quandary?".
  • Die oben genannten Publikationen schlagen vor, den Festkörperelektrolyten in ein in einem herkömmlichen Inter-Dielektrikum vertikal geätztes Via-Loch (Loch zwischen zwei Metallisierungsebenen eines Halbleiterelements) abzuscheiden. Daran anschließend wird das Material der reaktiven Elektrode abgeschieden und strukturiert, was beispielsweise durch einen geeigneten Ätzprozess oder durch chemisch-mechanisches Polieren (CMP) erfolgen kann. Danach schließt sich ein Prozess an, der das Material der reaktiven Elektrode in den Festkörperelektrolyten eintreibt, um durch UV-Bestrahlung eine Hintergrunddotierung des Festkörperelektrolyten mit dem Metall der reaktiven Elektrode zu erzeugen.
  • Die Implementierung der auf den genannten Chalkogenidmaterialien basierenden Speicherzellen bringt jedoch gravierende Probleme mit sich, wie z. B. dass die beschränkte Temperaturstabilität der Chalkogenid-Gläser spezielle Maßnahmen zur Backend-Integration eines vollintegrierten Speichers erfordert. Se-reiches GeSe weist beispielsweise bereits bei 212°C einen Phasenübergang auf, was insbesondere im Hinblick auf die Prozessführung im Back-End-Bereich gravierende Probleme aufwirft (siehe dazu Gokhale et al., Bull. Alloy Phase Diagrams 11 (3), 1990).
  • Die Herstellung von Chalkogenid-Schichten ist an sich bekannt und kann mittels herkömmlichen Techniken erfolgen. Es ist beispielsweise bekannt die Chalkogenid-Gläser mittels Aufdampfverfahren (siehe hierzu Petkova et al.: Thin Solid Films 205 (1991)m 205; Kozicki et al.: Superlattices and Microstructures, Vol. 27, No. 5/6 (2000) 485–488) oder durch einen Sputterprozess mit geeigneten Sputtertargets, wie z. B. durch die Mehrquellenabscheidung (E. Broese et al., Journal of Non-Crystalline Solids (1991), Vol. 130, No. 1, p. 52–57), Legierungs-Targets (Moore et al., Physics of Non-Crystalline Solids, Taylor & Francis, London, UK, 1992, p. 193–197, xvi + 761 pp7 ref.; Conference: Moore et al.: Conference paper (English), Cambridge, UK, 4–9 Aug 1991 ISBN 0-7484-0050-8, M. W.; France et al. Sputtering of Chalcogenide coatings an the fluoride glass) oder durch einen Multikomponenten-Target (Choi et al.: Journal of Non-Cristalline Solids Elsevier: 1996, Vol. 198–200, pt. 2, p. 680–683, Conference: Kobe, Japan 4–8 Sept. 1995 SICI: 0022-3093 (1995605) 198/200: 2L. 680: OPSU; 1–8 ISSN 0022-3093 Conference paper (English), p Optical properties and structure of unhydrogenated, hydrogenated, and zinc-alloyed GexSe1-x films prepared by radio-frequency sputtering) herzustellen. Da die Verbindungen der Zusammensetzung MmX1-m in der amorphen Phase über den Konzentrationsbereich komplett mischbar sind, ist es möglich, durch geschickte Wahl des zu verdampfenden Materials bzw. des Sputtertargets die Komposition der Zusammensetzung zu bestimmen. Das davon bedeutendste Verfahren ist die Sputter-Abscheidung dieser binären Chalkogenid-Schichten (z. B. Ge-Se oder Ge-S) von einem binären Mischtarget.
  • Ein Nachteil der im Stand der Technik beschriebenen Speicherzellen auf der Basis von Chalkogenidgläser als aktives Material besteht darin, dass alle bisher beschriebenen Speicherzellen in der Chalkogenidmatrix Ionen einer der Elektroden – im meisten Fällen Ag+-Ionen – aufweisen müssen. Diese Tatsache schränkt die Wahl des zu verwendenden Materials erheblich ein und bedingt zudem, dass Ag+-Ionen in einem aufwändigen Photodiffusions-Prozessschritt in die Chalkogenidmatrix gelöst werden müssen.
  • Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, eine nicht-flüchtige, resistive Speicherzelle bereitzustellen, die als aktive Speicherschicht eine Chalkogenidmatrix aufweist, wobei in dieser Matrix die Ionen einer der Elektroden nicht enthalten sind.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren für die erfindungsgemäßen Zellen bereitzustellen.
  • Eine noch weitere Aufgabe der Erfindung ist, Materialien vorzuschlagen, die als Matrix bzw. Speicherschicht für nicht flüchtige Speicherzellen verwendet werden können.
  • Diese Aufgaben sind durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche 1, 9 und 18 gelöst.
  • Die erfindungsgemäße nicht-flüchtige, resistiv schaltende Speicherzelle weist eine zwischen einer ersten und einer zweiten Elektrode angeordneten Schicht einer oder mehreren Chalkogenid-Verbindung(en) ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus CuInS, CuInSe, CdInS, CdInSe, ZnInS, MnInS, MnZnInS, ZnInSe, InS, InSSe und InSe auf, wobei in der Schicht der Chalkogenid-Verbindung(en) Alkali- oder Erdalkali-Ionen enthalten sind.
  • Die erfindungsgemäße Speicherzelle beruht nicht auf der Speicherung von Ladungen sondern auf dem Widerstandsunterschied zwischen zwei stabilen Zuständen, die durch große Beweglichkeit von Alkali- bzw. Erdalkali-Ionen in der erfindungsgemäßen aktiven Schicht bestimmter Chalkogenidverbindungen bei einem angelegten elektrischen Feld hervorgerufen werden.
  • Erfindungsgemäß werden Chalkogenidgläser auf der Basis von CuInS, CuInSe, CdInS, CdInSe, ZnInS, MnInS, MnZnInS, ZnInSe, InS, InSSe und InSe als Speicherschicht vorgeschlagen, da diese Verbindungen eine besonders offene Netzwerkstruktur aufweisen, so dass bereits bei Raumtemperatur in den strukturellen Zwischenräumen Kanäle existieren, die eine gute und schnelle Ionenleitung ermöglichen. Im Gegensatz zu oxidischen Netzwerken sind die offenen Netzwerke gebildet mit S- bzw. Se-Ionen, die aufgrund ihrer größeren Dimensionen ein anionisches Netzwerk mit höher Polarisierbarkeit aufweisen. Das erleichtert zusätzlich die Ionenbewegung (drift) der Alkali- bzw. Erdalkali-Ionen durch die Netzwerke. Neben der größeren Beweglichkeit der Alkali- bzw. Erdalkali-Ionen in den Erfindungsgemäßen Speicherschichten, die aus negativen Ionen-Netzwerken bestehen, ermöglichen diese negativen Ionen-Netzwerke auch eine höhere Aufnahme und daher eine größere Konzentrationen an Alkali- bzw. Erdalkali-Kationen.
  • Ein großer Vorteil der erfindungsgemäßen Speicherzellen gegenüber den CB-Speicherzellen ist, dass sich das Matrixmaterial der aktiven Schicht chemisch inert zu den Ionen verhält, so dass keine chemische Verbindung zwischen der Matrix und den darin gelösten Ionen miteinander entstehen kann. Deshalb werden die physikalischen Eigenschaften des Systems nicht durch chemische Prozesse wie z. B. Ausscheidung des Matrixmaterials mit den Alkali- bzw. Erdalkali-Ionen beeinflusst und können somit gezielter optimiert werden.
  • Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Speicherzellen bestehet darin, dass im Gegensatz zu den Ge-Se:Ag bzw. Ge-S:Ag Speichertypen (CB-Speicher) kein zusätzlicher Photodiffusions-Prozessschritt notwendig ist, mit dem das Silber, das vorher auf das Matrix abgeschieden wurde, mittels UV- Bestrahlung in die Ge-Se bzw. Ge-S-Matrix eindiffundiert werden muss. Vorteilhafterweise werden im erfindungsgemäßen System die Alkali- bzw. Erdalkali-Ionen zusammen mit dem Chalkogenidglas in einem Prozessschritt beispielsweise durch Magnetonsputtern eines geeigneten Verbindungstargets abgeschieden.
  • In einer besonderen Ausführungsform weisen die erfindungsgemäßen nicht-flüchtigen, resistiv schaltenden Speicherzellen gemäß der Erfindung eine erste und/oder eine zweite Elektrode auf, die aus einem Material aus der Gruppe bestehend aus Molybdän, Tantal, Kupfer, Aluminium, Silber, Gold, Wolfram, Titan, Titannitrid, Platin, Tantal, Tantalnitrid, Kohlenstoff, W aufgebaut sind. Als Elektrodenmaterialen für beide Elektroden sind W, Mo und Ti besonders bevorzugt.
  • Der Speichermechanismus in dem erfindungsgemäßen Konzept basiert auf die Beweglichkeit von Alkali- bzw. Erdalkali-Ionen in einer chemische inerten hochohmigen Matrix, die bis in Nanometer-Dimensionen skalierbar ist. Ausgehend von einer Anlagerung der beweglichen Alkali- bzw. Erdalkali-Ionen in einem Gebiet mit hoher Konzentration in der Matrix nahe einer temperaturbeständigen, chemischen inerten Metallelektrode aus beispielsweise Mo oder W befindet sich die Speicherzelle in einem hochohmigen Zustand. Durch Anlegen eines negativen Spannungsimpulses an der Gegenelektrode werden die Alkali- bzw. die Erdalkali-Ionen durch die hochohmige Chalkogenid-Diffusionsmatrix in Richtung Gegenelektrode bescheunigt. Das führt zu einem Zustand, dessen elektrischer Widerstand um typischerweise zwei Größenordnung niedriger ist.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die erfindungsgemäße nicht-flüchtige, resistiv schaltende Spei cherzelle in der Chalkogenid-Schicht einen Konzentrationsgradient der Alkali- oder Erdalkali-Ionen auf.
  • In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die erfindungsgemäße nicht-flüchtige, resistiv schaltende Speicherzelle eine zwischen zwei Elektroden angeordnete Doppelschicht aus einer ersten und einer zweiten Schicht bestehend aus der Chalkogenid-Verbindung(en) ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus CuInS, CuInSe, CdInS, CdInSe, ZnInS, MnInS, MnZnInS, ZnInSe, InS, InSSe und InSe auf. Die erste und die zweite Schicht weisen dabei unterschiedliche Konzentrationen der Alkali- bzw. Erdalkali-Ionen auf.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die erfindungsgemäße nicht-flüchtige, resistiv schaltende Speicherzelle eine zwischen zwei Elektroden angeordnete Doppelschicht aus einer ersten und einer zweiten Schicht bestehend aus der Chalkogenid-Verbindung(en) auf, wobei eine der Schichten keine Alkali- bzw. Erdalkalkali-Ionen aufweist.
  • In einer alternativen Ausführungsform ist die erste Schicht mit Alkali- bzw. Erdalkalkali-Ionen schwach dotiert und die zweite Schicht mit Alkali- bzw. Erdalkalkali-Ionen stark dotiert.
  • Die bevorzugten Alkali-Ionen, die in der Chalkogenidmatrix gelöst sind, sind Na+-Ionen.
  • Die bevorzugte Chalkogenid-Verbindung für die aktive Schicht ist eine CuInS-Verbindung.
  • Die vorstehend beschriebenen Anordnungen können in horizontalen oder vertikalen Ausführungen auf einem Halbleiter reali siert werden und die Ausrichtung ist von den Elektrodenmaterial und der Wahl der Chalkogenidverbindung unabhängig.
  • Die Erfindung schlägt ein besonders geeignetes Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen nicht-flüchtigen, resistiven Speicherzelle vor. Im erfindungsgemäßen Verfahren wird die erste Elektrodenschicht abgeschieden vorzugsweise mittels konventionellem Sputterverfahren oder jedem beliebigen anderen Verfahren (z. B. Aufdampfen, CVD, PLD-, oder ALD-Verfahrens). Dieses Material wird dabei in ein vorher geätztes Loch gefüllt und dann mittels CMP (chemisch mechanisches Polieren) planarisiert. Dabei sind alternative Strukturierungsverfahren wie Abscheiden und anschließendes Ätzen entsprechend analog einsetzbar. Im Weiteren wird die so gefertigte erste Elektrode mit einem Dielektrikum beschichtet und ein Loch durch dieses Dielektrikum geätzt, so dass im Folgenden abgeschiedene Alkali- bzw. Erdalkali-Ionen dotiertes Chalkogenidmaterial einen direkten elektrischen Kontakt zur Elektrodenschicht aufweist.
  • Die Abscheidung des Chalkogenidmaterials für die Ausführungsform in der eine Doppelschicht des Chalkogenidmaterials vorhanden ist, kann mittels Sputterverfahren oder beispielsweise mittels CVD- oder ALD-Verfahrens geschehen. Dabei ist es aus bereits geschilderten Gründen vorteilhaft, eine Alkali-Ionen-Dotierung und insbesondere Natrium-Dotierung zu wählen. Dieser Schritt umfasst sinngemäß auch die in der Ausführungsform mit der Doppelschicht erwähnte mehrfache Chalkogenidschichtabscheidung mit unterschiedlichen Alkali- bzw. Erdalkali-Ionen-Konzentrationen.
  • In einer besonders bevorzugten Ausführungsform folgt nach der Abscheidung der Chalkogenidschicht ein RTP-(Rapid Thermal Processing)-Schritt, bei das Chalkogenidmaterial in selen- bzw. schwefelhaltiger Atmosphäre behandelt wird, um die für den Speicherbetrieb notwendige offene Struktur des Chalkogenidmaterials zu erreichen. Durch geeignetes Weiter-Prozessieren kann die so hergestellte Struktur mittels CMP-Verfahren oder Ätzen und anschließendes Abscheiden der zweiten Elektrode vervollständigt werden.
  • Um das laterale Ausdiffundieren der Alkali- bzw. Erdalkali-Ionen aus dem Matrixmaterial in die umgebenden Schichten zu verhindern, wird eine Diffusionssperre aus z. B. Siliziumnitrid oder Siliziumoxynitrid vorgesehen.
  • Die Erfindung wird nun anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigt
  • 1 einen schematischen Querschnitt einer erfindungsgemäßen Speicherzelle;
  • 2 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Speicherzelle;
  • 3 eine erfindungsgemäße Speicherzelle gemäß einer alternativen Ausführungsform.
  • In einer ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung ist zwischen einer ersten (1) und einer zweiten Elektrode (2) eine mit Alkali-Ionen dotierte Chalkogenidschicht (3) dargestellt. Die Chalkogenidschicht (3) besteht aus einer oder mehreren Chalkogenid-Verbindung(en) ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus CuInS, CuInSe, CdInS, CdInSe, ZnInS, MnInS, MnZnInS, ZnInSe, InS, InSSe und InSe bzw. aus einer Legierung der genannten Verbindungen. Diese Chalkogenidschicht ist mit Alkali- bzw. Erdalkali-Ionen dotiert und kann durch eine nicht homogene Dotierung zwischen der ersten und der zweiten Elektrode einen Konzentrationsgradient der Alkali- bzw. Erdalkali-Ionen aufweisen.
  • Gemäß 2 ist eine weitere Ausführungsform dargestellt, bei der die Chalkogenidschicht (3) aus einer Doppelschicht (3a bzw. 3b) besteht. In der in der 2 gezeichneten Anordnung ist die Schicht (3a) nur schwach mit Alkali bzw. Erdalkali-Ionen dotiert, während die Schicht (3b) stark mit Alkali- bzw. Erdalkali-Ionen dotiert ist. Die erste (1) und die zweite Elektrode (2) bestehen vorzugsweise aus einem hoch schmelzenden Material wie z. B. Wolfram, Molybdän oder Titan.
  • Die 3 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Doppelschicht aus zwei Chalkogenidschichten bestehen (3a und 3b), wobei eine der Schichten keine Alkali-Ionen bzw. Erdalkali-Ionen aufweisen.
    • 1
    erste Elektrode
    2
    zweite Elektrode
    3
    Chalkogenidschicht

Claims (18)

  1. Nicht-flüchtige, resistiv schaltende Speicherzelle mit einer zwischen einer ersten und einer zweiten Elektrode angeordneten Schicht einer oder mehreren Chalkogenid-Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus CuInS, CuInSe, CdInS, CdInSe, ZnInS, MnInS, MnZnInS, ZnInSe, InS, InSSe und InSe und deren Legierungen, wobei die Schicht Alkali- oder Erdalkali-Ionen enthält.
  2. Nicht-flüchtige, resistiv schaltende Speicherzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Elektrode aus der Gruppe bestehend aus Molybdän, Tantal, Kupfer, Aluminium, Silber, Gold, Wolfram, Titan, Titannitrid, Platin, Tantal, Tantalnitrid, Kohlenstoff, W ausgewählt ist.
  3. Nicht-flüchtige, resistiv schaltende Speicherzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht einen Konzentrationsgradient der Alkali- oder Erdalkali-Ionen aufweist.
  4. Nicht-flüchtige, resistiv schaltende Speicherzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht eine erste und mindestens eine zweite Schicht aufweist, wobei die erste und die zweite Schicht unterschiedliche Konzentrationen der Alkali- bzw. Erdalkali-Ionen aufweisen.
  5. Nicht-flüchtige, resistiv schaltende Speicherzelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass entweder die erste Schicht oder die zweite Schicht keine Alkali- bzw. Erdalkalkali-Ionen aufweist.
  6. Nicht-flüchtige, resistiv schaltende Speicherzelle nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht mit Alkali- bzw. Erdalkalkali-Ionen schwach dotiert ist und die zweite Schicht mit Alkali- bzw. Erdalkalkali-Ionen stark dotiert ist.
  7. Nicht-flüchtige, resistiv schaltende Speicherzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Alkali-Ionen Na+-Ionen sind.
  8. Nicht-flüchtige, resistiv schaltende Speicherzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Chalkogenid-Verbindung eine CuInS-Verbindung ist.
  9. Verfahren zur Herstellung einer nicht-flüchtigen, resistiven Speicherzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch folgende Schritte: – Abscheiden und gegebenenfalls Strukturieren der ersten Elektrode, – Abscheiden einer Schicht einer oder mehreren Chalkogenid-Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus CuInS, CuInSe, CdInS, CdInSe, ZnInS, MnInS, MnZnInS, ZnInSe, InS, InSSe und InSe, – Dotieren der Schicht der Chalkogenid-Verbindung mit Alkali- oder Erdalkali-Ionen; – Abscheiden und gegebenenfalls Strukturieren der zweiten Elektrode.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die erste und/oder die zweite Elektrode aus der Gruppe bestehend aus Molybdän, Tantal, Kupfer, Aluminium, Silber, Gold, Wolfram, Titan, Titannitrid, Platin, Tantal, Tantalnitrid, Kohlenstoff, W ausgewählt ist.
  11. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei die Schicht der Chalkogenid-Verbindung nach der Dotierung mit Alkali- bzw. Erdalkali-Ionen einen Konzentrationsgradient der Alkali- bzw. Erdalkali-Ionen aufweist.
  12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Abscheiden einer ersten Schicht eine oder mehreren Chalkogenid-Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus CuInS, CuInSe, CdInS, CdInSe, ZnInS, MnInS, MnZnInS, ZnInSe, InS, InSSe und InS, um eine erste Schicht zu erhalten, eine zweite Schicht einer oder mehreren Chalkogenid-Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus CuInS, CuInSe, CdInS, CdInSe, ZnInS, MnInS, MnZnInS, ZnInSe, InS, InSSe und InS, abgeschieden wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Schicht unterschiedliche Konzentrationen der Alkali- bzw. Erdalkali-Ionen aufweisen.
  14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass entweder die erste oder die zweite Schicht keine Alkali- bzw. Erdalkalkali-Ionen aufweist
  15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Schicht mit Alkali- bzw. Erdalkalkali-Ionen schwach dotiert ist und die zweite Schicht mit Alkali- bzw. Erdalkalkali-Ionen stark dotiert ist.
  16. verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Abscheiden der ersten und/oder der zweiten Elektrode mittels Sputterverfahrens, Aufdampfen, CVD, oder ALD-Verfahrens erfolgt.
  17. Verfahren nach einem der Ansprüche 9–17, dadurch gekennzeichnet, dass das Abscheiden der Schicht der Chalkogenid-Verbindung(en) mittels Sputterverfahrens, CVD-, oder ALD-Verfahrens erfolgt.
  18. Verwendung einer oder mehreren Chalkogenid-Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus CuInS, CuInSe, CdInS, CdInSe, ZnInS, MnInS, MnZnInS, ZnInSe, InS, InSSe und InSe, wobei die Schicht Alkali- oder Erdalkali-Ionen enthält zur Herstellung nicht-flüchtiger, resistiv schaltender Speicherzellen.
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