DE102014113030A1

DE102014113030A1 - Speicherschaltungen und ein Verfahren zum Bilden einer Speicherschaltung

Info

Publication number: DE102014113030A1
Application number: DE102014113030.8A
Authority: DE
Inventors: Marko Lemke
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2014-09-10
Filing date: 2014-09-10
Publication date: 2016-03-10
Also published as: KR20160030453A; US20160071565A1; US10748587B2

Abstract

Eine Speicherschaltung weist ein Speicherelement auf, das eine erste Elektrodenschicht mit Lithium aufweist. Weiterhin weist das Speicherelement eine zweite Elektrodenschicht und eine Festkörperelektrolytschicht angeordnet zwischen der ersten Elektrodenschicht und der zweiten Elektrodenschicht auf. Die Speicherschaltung weist eine Speicherzugriffsschaltung eingerichtet zum Bestimmen eines Speicherzustands des Speicherelements auf.

Description

Technisches Gebiet
Ausführungsformen betreffen Informationsspeichervorrichtungen und insbesondere Speicherschaltungen und ein Verfahren zum Bilden einer Speicherschaltung.
Hintergrund
Zum Speichern und Abrufen von Dateninformationen sind verschiedene Speicherarchitekturen verwendet worden. Solche Architekturen umfassen dynamischen Direktzugriffsspeicher (DRAM – Dynamic Random Access Memory), Flash-Speicher, statischen Direktzugriffsspeicher (SRAM – Static Random Access Memory) und Magnetowiderstands-Direktzugriffsspeicher (MRAM – Magnetoresistive Random Access Memory), zum Beispiel. Es ist zum Beispiel kostengünstiger Speicher mit nichtaufwändigen Herstellungstechniken, die leicht mit anderen Schaltungen integriert werden können, erwünscht.
Kurzbeschreibung
Einige Ausführungsformen betreffen eine Speicherschaltung. Die Speicherschaltung weist ein Speicherelement auf, das eine erste Elektrodenschicht, der Lithium aufweist. Das Speicherelement weist weiterhin eine zweite Elektrodenschicht und eine zwischen der ersten Elektrodenschicht und der zweiten Elektrodenschicht angeordnete Festkörper-Elektrolytschicht auf. Die Speicherschaltung weist eine Speicherzugriffsschaltung eingerichtet zum Bestimmen eines Speicherzustands des Speicherelements auf.
Einige Ausführungsformen betreffen ein Verfahren zum Bilden einer Speicherschaltung. Das Verfahren weist Bilden einer ersten Elektrodenschicht, der Lithium aufweist, über einer Substratfläche auf. Das Verfahren weist Bilden einer Festkörper-Elektrolytschicht über der ersten Elektrodenschicht auf. Das Verfahren weist Bilden einer zweiten Elektrodenschicht über dem Festkörperelektrolyt auf. Das Verfahren weist Ätzen der zweiten Elektrodenschicht und der Festkörper-Elektrolytschicht auf, so dass wenigstens ein Speicherelementenstapel eines Speicherelements verbleibt.
Kurze Beschreibung der Figuren
Im Folgenden werden einige Ausführungsformen von Geräten und/oder Verfahren nur beispielhaft beschrieben, und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren, in denen
1 eine schematische Darstellung einer Speicherschaltung nach einer Ausführungsform zeigt;
2A eine schematische Darstellung einer weiteren Speicherschaltung nach einer Ausführungsform zeigt;
2B eine schematische Darstellung einer Speicherschaltung mit einer Speicherelementarray nach einer Ausführungsform zeigt;
2C einen Verlauf von Zellenspannung in einem Speicherelement im Verhältnis zur Entladungskapazität nach einer Ausführungsform zeigt;
3 eine schematische Darstellung einer weiteren Speicherschaltung nach einer Ausführungsform zeigt;
4 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Bilden einer Speicherschaltung nach einer Ausführungsform zeigt.
Ausführliche Beschreibung
Es werden nunmehr verschiedene beispielhafte Ausführungsformen ausführlicher unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in denen einige beispielhafte Ausführungsformen dargestellt sind. In den Figuren kann die Stärke von Linien, Schichten und/oder Gebieten der Deutlichkeit halber übertrieben sein.
Während beispielhafte Ausführungsformen verschiedener Abänderungen und alternativer Formen fähig sind, sind Ausführungsformen derselben beispielhafterweise in den Figuren dargestellt und werden hier ausführlich beschrieben. Es versteht sich jedoch, dass beispielhafte Ausführungsformen nicht auf die bestimmten offenbarten Formen begrenzt sein sollen, sondern im Gegensatz beispielhafte Ausführungsformen alle Abänderungen, Entsprechungen und Alternativen abdecken sollen, die in den Rahmen der Offenbarung fallen. Gleiche Zahlen betreffen gleiche oder gleichartige Elemente in der gesamten Beschreibung der Figuren.
Es versteht sich, dass, wenn ein Element als „verbunden“ oder „angekoppelt“ an ein anderes Element bezeichnet wird, es direkt mit dem anderen Element verbunden oder an das andere Element angekoppelt sein kann oder Zwischenelemente vorhanden sein können. Wenn im Gegensatz dazu ein Element als „direkt verbunden“ oder „direkt angekoppelt“ an ein anderes Element bezeichnet wird, sind keine Zwischenelemente vorhanden. Andere zum Beschreiben des Verhältnisses zwischen Elementen benutzte Worte sollten gleicherweise ausgelegt werden (z.B. „zwischen“ gegenüber „direkt zwischen“, „neben“ gegenüber „direkt neben“ usw.).
Die hier benutzte Terminologie dient zum Beschreiben nur bestimmter Ausführungsformen und soll nicht beispielhafte Ausführungsformen begrenzen. Wie hier benutzt sollen die Singularformen „ein“, „eine“ und „das“ auch die Pluralformen umfassen, sofern der Zusammenhang nicht deutlich anderes anzeigt. Es versteht sich weiterhin, dass die Begriffe „umfasst“, „umfassend“, „aufweisen“ und/oder „aufweisend“, wenn sie hier benutzt werden, das Vorhandensein angegebener Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Funktionen, Elemente und/oder Komponenten angeben, aber nicht das Vorhandensein oder die Zufügung eines oder mehrerer anderer Merkmale, Ganzzahlen, Schritte, Funktionen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen derselben ausschließen.
Sofern nicht sonst wie definiert weisen alle hier benutzten Begriffe (einschließlich technischer und wissenschaftlicher Begriffe) die gleiche Bedeutung auf, wie sie gewöhnlich vom gewöhnlichen Fachmann der Technik verstanden wird, zu der beispielhafte Ausführungsformen gehören. Es versteht sich weiterhin, dass Begriffe, z.B. die in gewöhnlich benutzten Wörterbüchern definierten, als eine Bedeutung aufweisend ausgelegt werden sollten, die ihre Bedeutung im Zusammenhang mit der entsprechenden Technik entspricht und nicht in einem idealisierten oder übermäßig formellen Sinn ausgelegt werden, sofern sie hier nicht ausdrücklich so definiert sind.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Speicherschaltung 100 nach einer Ausführungsform.
Die Speicherschaltung 100 weist ein Speicherelement 101 auf, das eine erste Elektrodenschicht 102, der Lithium aufweist. Weiterhin weist das Speicherelement 101 eine zweite Elektrodenschicht 103 und eine zwischen der ersten Elektrodenschicht 102 und der zweiten Elektrodenschicht 103 angeordnete Festkörper-Elektrolytschicht 104 auf. Die Speicherschaltung 100 weist eine zum Bestimmen eines Speicherzustandes des Speicherelements 101 eingerichtete Speicherzugriffsschaltung 105 auf.
Durch Bilden eines Speicherelements mit einer lithiumbasierenden Elektrodenschicht kann ein programmierbares Speicherelement erhalten werden, das beispielsweise zwischen einer Vielzahl von Speicherzuständen programmiert werden kann.
Beispielsweise kann eine Speicherzelle mit sehr niedriger Selbstentladung ohne Auffrischbedarf erhalten werden. Dadurch dass die Speicherzelle eine Festkörper-Elektrolytschicht aufweist, kann das Speicherelement beispielsweise leicht in jede anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC – Application Specific Integrated Circuit) zu integrieren sein. Das Speicherelement kann leicht monolithisch mit chipeigenen Batterielösungen integriert sein, die auch beispielsweise eine lithiumbasierende Batterieelektrodenschicht aufweisen können. Weiterhin kann die Herstellung aufgrund während der Herstellung entstehender geteilter oder gemeinsamer Prozesse vereinfacht sein. Aufgrund verringerter Kompliziertheit kann das Speicherelement auch beispielsweise zu niedrigen oder verringerten Kosten hergestellt werden.
Die erste Elektrodenschicht 102 (z.B. eine Kathodenschicht) kann Lithium aufweisen und kann beispielsweise über dem Halbleitersubstrat gebildet sein. Beispielsweise kann die erste Elektrodenschicht 102 Lithiumcobaltoxid LiCoO₂ aufweisen oder daraus bestehen. Auch kann eine erste Kollektorschicht (oder Sperrschicht) beispielsweise im Kontakt mit der ersten Elektrodenschicht 102 angeordnet sein. Die erste Kollektorschicht kann beispielsweise zwischen dem Halbleitersubstrat und der ersten Elektrodenschicht 102 gebildet sein.
Die Festkörper-Elektrolytschicht 104 kann beispielsweise Lithiumphosphoroxynitrid (LiPON) aufweisen oder daraus bestehen. Die Festkörper-Elektrolytschicht 104 kann beispielsweise auf (z.B. direkt auf) der ersten Elektrodenschicht 102 gebildet sein. Ein Festkörperelektrolyt kann als ein Material erachtet sein, das elektrische Ladung aufgrund der Bewegung von Ionen in dem Material transportieren kann, z.B. durch Kanäle, Leerräume oder leere kristallografische Stellen in ihrer Kristallstruktur.
Die zweite Elektrodenschicht 103 (z.B. eine Anodenschicht) kann zum Beispiel Kohlenstoff C oder Silicium Si aufweisen oder daraus bestehen und kann beispielsweise auf (z.B. direkt auf) der Festkörper-Elektrolytschicht 104 gebildet sein. Eine zweite Kollektorschicht (oder Sperrschicht) kann beispielsweise in Kontakt mit der zweiten Elektrodenschicht 103 angeordnet sein.
Die erste Kollektorschicht und die zweite Kollektorschicht können jeweils Titannitrid TiN, Wolframnitrid WN, Kupfer Cu oder Aluminium Al aufweisen oder daraus bestehen.
Es könnte ausreichen, nur eine erste Elektrodenschicht 102, Festkörperelektrolytschicht 104 und zweite Elektrodenschicht 103 zum Ausführen eines Speicherelementstapels zu bilden. Alternativ könnten mehrere Speicherelementstapel gebildet werden.
Das Speicherelement 101 kann zum Speichern von Informationen benutzt werden. Beispielsweise kann das Speicherelement eingerichtet sein, auf einen oder mehrere vordefinierte Speicherzustände oder Bitzustände programmiert zu werden. In einem Beispiel kann ein Speicherelement eingerichtet sein, zwischen zwei Speicherzuständen programmiert zu sein, z.B. zu einem Bit „1“ oder zu einem Bit „0“. In anderen Beispielen kann ein Speicherelement eingerichtet sein, auf einen von drei oder vier oder mehr vordefinierten Speicherzuständen programmiert zu sein, z.B. Mehrbitspeicher. Ein vordefinierter Speicherzustand kann ein Zustand sein, in dem das Speicherelement 101 eine Spannung zum Beispiel innerhalb eines vordefinierten Spannungsbereichs bereitstellt.
Das Speicherelement 101 kann auf den einen oder die mehreren vordefinierten Speicherzustände basierend auf einer Vorspannung oder einem Strom angelegt zwischen der ersten Elektrodenschicht 102 und der zweiten Elektrodenschicht 103 programmiert sein. Beispielsweise kann das Speicherelement 101 eingerichtet sein, basierend auf einem vordefinierten Schreibvorspannungspegel (Spannung oder Strom) angelegt durch die Speicherzugriffsschaltung 105 zwischen der ersten Elektrodenschicht 101 und der zweiten Elektrodenschicht 103 zu einem vordefinierten Speicherzustand oder einem einer Vielzahl von vordefinierten Speicherzuständen umzuschalten. Beispielsweise kann das Speicherelement 101 eingerichtet sein, basierend auf einem Transport von Ionen zur ersten Elektrodenschicht 102 oder zur zweiten Elektrodenschicht 103 über die Festkörper-Elektrolytschicht 104 zu einem einer Vielzahl vordefinierter Speicherzustände umzuschalten.
Basierend auf einer Vorspannung (oder Strom), angelegt zwischen der ersten Elektrodenschicht 102 und der zweiten Elektrodenschicht 103 können Lithiumionen beispielsweise an der ersten Elektrodenschicht 102 erzeugt werden. Beispielsweise können basierend auf einem ersten vorbestimmten Schreibvorspannungspegel, z.B. einer an die erste Elektrodenschicht 102 (die Kathodenschicht) hinsichtlich der zweiten Elektrodenschicht 103 angelegten vorbestimmten positiven Vorspannung oder einem Potential Lithiumionen an der ersten Elektrodenschicht 102 erzeugt und zur zweiten Elektrodenschicht 103 transportiert und/oder daran eingesammelt werden. Die zweite Elektrodenschicht 103 kann eine Vielzahl von kristallinen Schichten (z.B. Siliziumschichten oder Graphitschichten) aufweisen und die an der zweiten Elektrodenschicht 103 gesammelten Lithiumionen können zum Beispiel in der Vielzahl von kristallinen Schichten der zweiten Elektrodenschicht 103 gespeichert und/oder eingefügt werden. Der erste vorbestimmte Schreibvorspannungspegel kann beispielsweise ein Spannungssignal sein. Der erste vorbestimmte Schreibvorspannungspegel kann beispielsweise etwas über der Zellenspannung liegen. Beispielsweise kann der erste vorbestimmte Schreibvorspannungspegel zwischen 3,5 V bis 5 V betragen oder z.B. zwischen 4 V bis 5 V.
Die Zelle kann leer sein (z.B. annähernd 0 V) in dem zweiten vorbestimmten Speicherzustand oder beispielsweise im ersten vordefinierten Speicherzustand aufgeladen sein. Der Transport von Lithiumionen und die Speicherung oder Einfügung von Ionen an der zweiten Elektrodenschicht 103 kann eine erste Speicherzustandsspannung beispielsweise zwischen der ersten Elektrodenschicht und der zweiten Elektrodenschicht ergeben. Anders gesagt kann das Speicherelement 101 beispielsweise auf einen ersten vordefinierten Speicherzustand geschaltet oder programmiert sein. Beispielsweise kann die zwischen der ersten Elektrodenschicht und der zweiten Elektrodenschicht vorhandene erste Speicherzustandsspannung zwischen 3 V bis 5 V oder z.B. zwischen 3,8 V und 4,1 V im ersten vordefinierten Speicherzustand betragen.
Basierend auf einem zweiten vorbestimmten Schreibvorspannungspegel (z.B. einer an die erste Elektrodenschicht 102 im Vergleich mit der zweiten Elektrodenschicht 103 angelegten vorbestimmten negativen Vorspannung) können Lithiumionen zur ersten Elektrodenschicht 102 zurücktransportiert und/oder dort beispielsweise eingesammelt werden. Die an der ersten Elektrodenschicht 102 eingesammelten Lithiumionen können beispielsweise eingefügt und/oder mit der ersten Elektrodenschicht 102 wiedervereinigt werden. Dies kann eine zweite Speicherzustandsspannung zwischen der ersten Elektrodenschicht und der zweiten Elektrodenschicht ergeben. Anders gesagt kann beispielsweise das Speicherelement 101 auf einen zweiten vordefinierten Speicherzustand umgeschaltet oder programmiert werden. Beispielsweise kann die zweite Speicherzustandsspannung annähernd 0 V im zweiten vordefinierten Speicherzustand betragen.
Die Speicherzugriffsschaltung 105 kann zum Bestimmen eines vordefinierten Speicherzustands (z.B. eines ersten vordefinierten Speicherzustands oder eines zweiten vordefinierten Speicherzustands) des Speicherelements basierend auf einer Messung einer Speicherzustandsspannung beispielsweise zwischen der ersten Elektrodenschicht 102 und der zweiten Elektrodenschicht 103 eingerichtet sein. Beispielsweise kann die Speicherzugriffsschaltung 105 den ersten vordefinierten Speicherzustand (z.B. Bitzustand „1“) erfassen oder erkennen, wenn ein erster Speicherzustandsspannungspegel erkannt wird. Auf ähnliche Weise kann die Speicherzugriffsschaltung 105 den zweiten vordefinierten Speicherzustand (z.B. Bitzustand „0“) erfassen oder erkennen, wenn beispielsweise ein zweiter Speicherzustandsspannungspegel erkannt wird.
Eine an der ersten Elektrodenschicht 102 auftretende umkehrbare chemische Reaktion kann wie folgt dargestellt werden: LiCoO₂ ⇔ Li_1-nCoO₂ + nLi⁺ + ne^–. Eine an der zweiten Elektrodenschicht 103 auftretende umkehrbare chemische Reaktion kann wie folgt dargestellt werden: nLi⁺ + ne^– + C ⇔ Li_nC. Die vordefinierten Speicherzustände des Speicherelements können beispielsweise auf den chemischen Reaktionen der ersten Elektrodenschicht, der zweiten Elektrodenschicht und des Festkörperelektrolyts basieren. Beispielsweise können die vordefinierten Speicherzustandsspannungen auf standardmäßigen elektrochemischen Potentialwerten bezogen auf die chemischen Reaktionen beispielsweise des Festkörperelektrolyts 104, der ersten Elektrodenschicht 102 und der zweiten Elektrodenschicht 103 basieren.
Aufgrund der Ausführung einer Speicherzelle mit einer lithiumbasierenden Elektrodenschicht kann die Speicherzelle beispielsweise zwischen einer Vielzahl von diskreten vordefinierten Speicherzuständen programmiert (z.B. aufgeladen oder entladen) werden. Sehr niedrige Selbstentladung (weniger als 2% pro Jahr) kann ohne Notwendigkeit einer Auffrischung im Vergleich mit anderen DRAM-Systemen erhalten werden, die beispielsweise alle 100 bis 200 ms Auffrischung erfordern können. Weiterhin verringert die Verwendung eines Festkörperelektrolyts im Vergleich mit flüssigen Elektrolyten beispielsweise die Kompliziertheit des Speicherelementherstellungsverfahrens. Weiterhin können beispielsweise mit Flash-Speicherzellen verbundene aufwändige Gräben und Verfahren verhindert werden.
Das Speicherelement 101 und die Speicherzugriffsschaltung 105 können an oder auf einem gemeinsamen (z.B. einem geteilten oder dem gleichen) Halbleitersubstrat gebildet sein. Das Halbleitersubstrat kann wenigstens Teil eines Halbleiterwafers (z.B. eines Chips) aufweisen oder kann beispielsweise ein ganzer Halbleiterwafer sein. Das Halbleitersubstrat kann ein Silizium-basierendes Halbleitersubstrat, ein Silizium-Carbid-basierendes Halbleitersubstrat, ein Gallium-Arsenid-basierendes Halbleitersubstrat oder ein Gallium-Nitrid-basierendes Halbleitersubstrat sein. Das Halbleitersubstrat kann beispielsweise eine oder mehrere im Halbleitersubstrat für die Funktionsweise der Speicherschaltung 200 gebildete anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASIC – Application Specific Integrated Circuit) aufweisen. Alternativ kann das Speicherelement 101 und die Speicherzugriffsschaltung 105 an miteinander verbundenen Differenz-Halbleiterchips gebildet sein. Die Speicherzugriffsschaltung 105 kann eine Vielzahl von auf einem gemeinsamen Halbleiterchip oder beispielsweise auf einem unterschiedlichen Halbleiterchip angeordneten Speicherelementen steuern.
Die Speicherschaltung kann mehrere in einer Array angeordnete Speicherelemente aufweisen. Im Fall einer Gruppenanordnung kann beispielsweise ein Zugangstransistor benötigt werden. Die Speicherelemente der Speicherschaltung 100 können beispielsweise in dem gemeinsamen (gleichen) Halbleitersubstrat oder Chip gebildet sein. Die Speicherelementenarray kann beispielsweise eine zweidimensionale Array von Speicherelementen sein. Die Speicherelementenarray kann beispielsweise in einer Matrixstruktur in Reihen und Spalten angeordnet sein. Beispielsweise kann ein Speicherelement an einem Schnittpunkt zwischen einer Bitleitung aus einer Gruppe Bitleitungen und einer Wortleitung aus einer Gruppe Wortleitungen angeordnet sein. Beispielsweise kann ein Speicherelement der Speicherelementenarray einzeln basierend auf einem zwischen einer zugeordneten Wortleitung und einer zugeordneten Bitleitung angelegten Vorspannungspegel adressiert (oder ausgewählt) sein. Beispielsweise können ausgewählte Speicherelemente der Speicherelementenarray basierend auf einem an eine bezeichnete Bitleitung angelegten Vorspannungspegel beschrieben oder ausgelesen werden.
2A zeigt eine schematische Darstellung einer Speicherschaltung 200 nach einer Ausführungsform. Die Speicherschaltung 200 kann beispielsweise der in Bezug auf 1 beschriebenen Speicherschaltung ähnlich sein.
Nach der Darstellung in der Querschnittsansicht der schematischen Darstellung der 2A kann die Speicherschaltung 200 an einem Halbleitersubstrat 206 gebildet sein. Das Halbleitersubstrat 206 kann beispielsweise einen Halbleiterwafer mit beliebiger ASIC aufweisen. Beispielsweise kann eine Speicherzugriffsschaltung der Speicherschaltung 200 eine oder mehrere in dem Substrat des Halbleitersubstrats zum Betrieb der Speicherschaltung 200 gebildete anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASIC – Application Specific Integrated Circuit) aufweisen. Die Speicherzugriffsschaltung kann unter einer definierten Substratflächenebene 207 gebildet sein, die beispielsweise an einer Schnittstelle zwischen dem Substrat und einer elektrisch isolierenden Schicht 208 vorgefunden werden kann.
Die elektrisch isolierende Schicht 208 kann auf (z.B. direkt auf) oder über der Substratflächenebene 207 gebildet sein. Die elektrisch isolierende Schicht 208 kann beispielsweise Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid oder jedes geeignete Material zum Bereitstellen einer elektrischen Isolierung zwischen der Halbleitersubstratfläche und der ersten Kollektorschicht 209 aufweisen. Die elektrisch isolierende Schicht 208 kann beispielsweise eine Stärke zwischen 10 nm bis 10 μm oder z.B. zwischen 10 nm bis 2 μm oder z.B. zwischen 10 nm bis 500 nm aufweisen.
Das Speicherelement 201 kann beispielsweise eine auf (z.B. direkt auf) der elektrisch isolierenden Sperrschicht 208 gebildete erste Kollektorschicht 209 aufweisen. Das Speicherelement 201 kann beispielsweise eine auf (z.B. direkt auf) der ersten Kollektorschicht 209 gebildete erste Elektrodenschicht 202 aufweisen. Die erste Kollektorschicht 209 und die erste Elektrodenschicht 202 können sich in elektrischem Kontakt oder in elektrischer Verbindung miteinander befinden. Das Speicherelement 201 kann weiterhin beispielsweise eine auf (z.B. direkt auf) der ersten Elektrodenschicht 202 gebildete Festkörper-Elektrolytschicht (oder Folie) 204 aufweisen. Das Speicherelement 201 kann beispielsweise eine auf (z.B. direkt auf) der Festkörper-Elektrolytschicht 204 gebildete zweite Elektrodenschicht 203 aufweisen. Das Speicherelement 201 kann beispielsweise eine auf (z.B. direkt auf) der zweiten Elektrodenschicht 203 gebildete zweite Kollektorschicht 211 aufweisen.
Die erste Elektrodenschicht 202 (z.B. die Kathodenschicht) kann beispielsweise Lithiumcobaltoxid LiCoO₂ aufweisen oder daraus bestehen. Alternativ oder zusätzlich kann die erste Elektrodenschicht 202 Cobalt, Nickel, Aluminium, Sauerstoff, Eisen, Phosphor, Schwefel, Mangan, Vanadium, Manganspinel, Lithiumnickel-Mangancobalt, Lithiumeisenphosphat (dotiert oder undotiert), Übergangsmetalloxide (z.B. MnO₂, Fe₃O₄, Co₃O₄, TiO₂, NiO), Olivin (z.B. LiCoPO₄), LiCoO₂, LiNiO₂, LiNi_xMn_yO₂, LiNi_1−xCo_xO₂, LiNi_0,85Co_0,1Al_0,05O₂, LiNi_0,33Co_0,33Mn_0,33O₂, LiMn₂O₄ (Spinelstruktur), Li_4/3Ti_5/3O₄, V₂O₅, amorphen V₂O₅, LiMn₂O₄, Li₂S, und LiFePO₄, eine Kombination dieser Materialien oder irgendein sonstiges geeignetes Kathodenmaterial, z.B. einschließlich von Nickel oder Edelstahl aufweisen. Die erste Elektrodenschicht 202 kann beispielsweise eine Stärke zwischen 10 nm bis 10 µm oder z.B. zwischen 10 nm bis 2 µm oder z.B. zwischen 10 nm bis 500 nm aufweisen.
Die Festkörper-Elektrolytschicht 204 kann Lithiumphosphor-Oxynitrid LiPON oder ein sonstiges Festkörperelektrolyt umfassen oder daraus bestehen. Alternativ oder zusätzlich kann die Elektrolytschicht Lithium, Phosphor, Lanthan, Titan, Lithiumphosphoroxynitrid, Lithiumlanthantitanoxid (LLTO), ein Polymer, Polyoxyethylen, LiPO₁ _xN₁ _y, Thio-LISICON-Materialien (Lithium-Superionenleiter, z.B. Li₁₀GeP₂S₁₂ oder Li_xGe_yP_zS₄), Li_xM_1-yM′_yS₄ (M=Si oder Ge, und M′=P, Al, Zn, Ga oder Sb), Li_xAl_yTi_z(PO₄), Siliziumoxid (SiO₂), Siliziumnitrid Si₃N₄, eine Kombination dieser Materialien oder einen beliebigen sonstigen geeigneten Elektrolyt, z.B. Natrium-Superionenleiter (NASICON), NASICON-artige Materialien (z.B. Na_1+x+4yM_2-ySi_xP_3-xO₁₂, 0 ≦ x ≦ 3, 0 ≦ y ≦ 1 (M=Ti, Hf oder Zr)), Li₂S P₂S₅, Li₂S P₂S₅ SiS₂, Li₂S SiS₂ oder Oxysulfidglas (z.B. [[Li₂S]_0,6[SiS₂]_0,4]_1-x[Li_xMO_y]_x (M=Si, P, Ge, B, Al, Ga, In)) aufweisen. Die Festkörper-Elektrolytschicht 204 kann eine Stärke von beispielsweise zwischen 10 nm bis 10 µm oder z.B. 10 nm bis 2 µm oder z.B. zwischen 10 nm bis 500 nm aufweisen.
Die zweite Elektrodenschicht 203 (z.B. die Anodenschicht) kann Silizium oder Kohlenstoff aufweisen oder daraus bestehen. Alternativ oder zusätzlich kann die zweite Elektrodenschicht 203 Polysilizium, amorphes Silizium, amorphen Kohlenstoff, Graphit, Li₄Ti₅O₁₂ (LTO), CuN₃, Titanoxid (TiO₂), eine Kombination dieser Materialien oder irgendein anderes geeignetes Anodenmaterial wie beispielsweise Titan, ein Metallsilizid (z.B. Calciumsilizid, Magnesiumsilizid, Molybdänsilizid), Li₁₅Si₄, eine Lithium enthaltende Legierung (z.B. Li₂₂M₅/M (M=Ge, Sn, Pb, Si)), Li_4,4Si, Li_4,4Ge, zinnoxidbasierende Gläser (z.B. SnO-B₂O₃-P₂O₅-Al₂O₃), SnS-P₂S₅, Li₂S-P₂S₅, siliziumenthaltende Übergangsmetallnitride (z.B. SiMxNy (M=Co, Ni, Cu)), mit TiO₂, Sn, Ge, Al, Pb, In, ZnO beschichtetes Ni aufweisen. Die zweite Elektrodenschicht 203 kann eine Mischung von Anodenmaterialien (wie zuvor beschrieben) oder eine Mischung eines Anodenmaterials mit einem anderen Zusatzmaterial beispielsweise zum Bereitstellen eines Mikrokompositenmaterials als Anodenmaterial aufweisen. Die zweite Elektrodenschicht 203 kann eine Stärke zwischen 10 nm bis 10 µm oder z.B. zwischen 10 nm bis 2 µm oder z.B. zwischen 10 nm bis 500 nm aufweisen.
Die erste Kollektorschicht 209 kann beispielsweise als ein Kollektorkontakt für die erste Elektrodenschicht 202 dienen. Die zweite Kollektorschicht 211 kann beispielsweise als ein Kollektorkontakt für die zweite Elektrodenschicht 203 dienen. Die erste Kollektorschicht 209 und die zweite Kollektorschicht 211 können beispielsweise jeweils eine Diffusionssperre aufweisen oder als solche dienen. Die erste Kollektorschicht 209 und die zweite Kollektorschicht 211 können jeweils beispielsweise eine Sperrschicht einschließlich von oder bestehend aus wenigstens einer von Titannitrid TiN und Wolframnitrid WN oder jedem geeigneten Material oder jeder geeigneten Kombination von Materialien umfassen, die als Diffusionssperre geeignet sein können. Zusätzlich kann die erste Kollektorschicht 209 und die zweite Kollektorschicht 211 jeweils beispielsweise eine elektrisch leitfähige Schicht einschließlich von oder bestehend aus Kupfer (Cu), Platin (Pt), Aluminium (Al), Aluminium-Kupfer (Al-Cu), Wolfram (W), Gold (Au), Kohlenstoff (C) oder Zusammensetzungen oder Legierungen dieser Materialien umfassen.
Das Speicherelement 201 kann einen geätzten Speicherelementenstapel oder eine Säule umfassend wenigstens einen Teil der Festkörper-Elektrolytschicht 204, der zweiten Elektrodenschicht 203 und der zweiten Kollektorschicht 211 aufweisen. Eine seitliche Größe (oder ein seitlicher Flächenbereich) des Speicherelements 201 kann beispielsweise weniger als 1 µm² oder z.B. weniger als 0,5 µm² oder z.B. weniger als 0,25 µm² betragen. Die seitliche Größe oder der seitliche Flächenbereich kann ein Bereich parallel zu einer Oberfläche der durch das Speicherelement belegten Halbleiterfläche sein. Beispielsweise kann eine seitliche Seitenlänge (z.B. Länge einer seitlichen Seite des Speichers oder einer Breite einer seitlichen Seite des Speichers) des Speicherelements weniger als 1 µm betragen. Eine senkrechte Höhe h (senkrecht zur seitlichen Seitenlänge) des Speicherelementenstapels kann beispielsweise zwischen 30 nm bis 30 µm oder z.B. zwischen 30 nm bis 6 µm oder z.B. zwischen 30 nm bis 1,5 µm betragen.
Ein Isoliermaterial 212 kann das Speicherelement 201 (einschließlich des Speicherelementenstapels) gegen seine Umgebung isolieren. Beispielsweise kann das Isoliermaterial 212 das Speicherelement 201 (wenigstens teilweise oder vollständig) umgeben. Beispielsweise kann das Isoliermaterial 212 das Speicherelement 201 außer den Verbindungen mit der ersten Kollektorschicht 209 und der zweiten Kollektorschicht 211 elektrisch isolieren. Beispielsweise kann das Isoliermaterial 212 Gebiete der ersten Elektrodenschicht 202 oder der Festkörper-Elektrolytschicht 204 abdecken, die durch das Ätzen des Speicherelementstapels freigelegt sind. Auch kann das Isoliermaterial 212 Seitenwandgebiete des Speicherelementenstapels oder der Speicherelementensäule umgeben oder direkt darauf gebildet sein und kann auch obere Seitengebiete des Speicherelementenstapels (z.B. auf oder direkt auf der zweiten Kollektorschicht 211) abdecken oder direkt auf diesen gebildet sein. Das Isoliermaterial 212 kann beispielsweise eine oder mehrere Schichten (z.B. eine, zwei oder mehr Schichten) ähnlicher oder unterschiedlicher elektrisch isolierender Materialien aufweisen. Das Isoliermaterial 212 kann beispielsweise Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid oder jedes geeignete Material zum Bereitstellen einer elektrischen Isolierung für das Speicherelement 201 aufweisen.
In dem Isoliermaterial 212 können ein oder mehrere leitfähige Verbindungslöcher 213, 214, 215 durch Bilden eines oder mehrerer Gräben mindestens teilweise durch das Isoliermaterial 212 und Anfüllen des einen oder der mehreren Gräben mit einem Verbindungslochmaterial gebildet werden. Beispielsweise kann das Verbindungslochmaterial ein elektrisch leitfähiges Material (z.B. ein Metall) aufweisen. Beispielsweise kann das Verbindungslochmaterial Cu, Pt, Al oder Al-Cu oder Zusammensetzungen oder Legierungen dieser Materialien aufweisen oder aus diesen bestehen. Ein erstes Kontakt-Verbindungsloch 213 kann beispielsweise in elektrischem Kontakt mit der ersten Elektrodenschicht 202 über die erste Kollektorschicht 209 stehen. Beispielsweise kann das erste Kontaktverbindungsloch 213 eine elektrische Verbindung mit der ersten Kollektorschicht 209 (z.B. von einer Bitleitung oder einem Bezugspotential zur ersten Kollektorschicht 209) bereitstellen. Ein zweites Kontaktverbindungsloch 214 kann in elektrischer Verbindung mit der zweiten Elektrodenschicht 203 (der gemeinsamen Kathode) beispielsweise über die zweite Kollektorschicht 211 stehen. Beispielsweise kann das zweite Kontaktverbindungsloch 214 eine elektrische Verbindung mit der zweiten Kollektorschicht 211 (z.B. von einer Bitleitung oder einem Bezugspotential zur zweiten Kollektorschicht 211) bereitstellen. Ein drittes Kontaktverbindungsloch 215 (z.B. ein ASIC-Kontakt) kann beispielsweise einen elektrischen Kontakt zwischen einer Komponente der Speicherzugriffsschaltung (z.B. einem Zugriffstransistor oder zu einer ASIC-Schaltung) und dem Speicherelement 201 bereitstellen.
Die Speicherschaltung 200 kann eine oder mehrere Schichten (z.B. eine, zwei oder mehr) von Verdrahtungen 256, 257 aufweisen, die beispielsweise elektrisch leitfähige Leitungen enthalten. Beispielsweise kann die Speicherschaltung 200 eine Gruppe von Wortleitungen 256 und eine Gruppe von Bitleitungen 257 aufweisen. Die Wortleitungen und Bitleitungen können beispielsweise aus elektrisch leitfähigen Materialien einschließlich von oder bestehend aus Cu, Pt, Al oder Al-Cu oder Zusammensetzungen oder Legierungen dieser Materialien gebildet sein.
Weitere Einzelheiten und Aspekte werden in Verbindung mit den oben oder unten beschriebenen Ausführungsformen (z.B. hinsichtlich der Speicherschaltung, des Speicherelements, der ersten Elektrodenschicht, der zweiten Elektrodenschicht, der ersten Kollektorschicht, der zweiten Kollektorschicht, des Festkörperelektrolyts, der Speicherzugriffsschaltung, des Zugriffstransistors und der Wortleitungen und Bitleitungen) erwähnt. Die in 2A gezeigte Ausführungsform kann ein oder mehrere wahlweise Zusatzmerkmale entsprechend einem oder mehreren in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Konzept erwähnten Aspekten oder einer oder mehreren oben (z.B. 1) oder unten (z.B. 2B bis 4) beschriebenen Ausführungsformen umfassen.
2B zeigt eine schematische Darstellung einer Speicherschaltung 250 nach einer Ausführungsform. Die Speicherschaltung 250 kann einen ähnlichen Speicherschichtstapel wie in 2A gezeigt aufweisen.
Wie in der schematischen Darstellung der 2B gezeigt kann die Gruppe von Bitleitungen 257 (Spalten) beispielsweise im Wesentlichen senkrecht zu der Gruppe von Wortleitungen 256 (Zeilen) angeordnet sein. Auch zeigt 2B eine Draufsichtsdarstellung der Wortleitungen 256, der mit Speicherelementen einer Speicherelementenarray 263 verbundenen Bitleitungen 257. Die Gruppe von Bitleitungen 257 kann beispielsweise gegen die Gruppe von Wortleitungen 256 elektrisch isoliert sein. Beispielsweise kann die Gruppe von Bitleitungen 257 und die Gruppe von Wortleitungen 256 jeweils auf unterschiedlichen Ebenen oder Stufen oder an (oder in) verschiedenen Schichten des Schichtstapels der Speicherschaltung 250 liegen. Beispielsweise kann die Gruppe von Wortleitungen 256 auf einer der Substratflächenebene 207 näheren Ebene als die Gruppe von Bitleitungen 257 gebildet oder angeordnet sein. In manchen Beispielen kann die Gruppe von Bitleitungen 257 und die Gruppe von Wortleitungen über dem Speicherelement gebildet sein. In anderen Beispielen kann die Gruppe von Wortleitungen 256 unter dem Speicherelement gebildet sein und die Gruppe von Bitleitungen 257 beispielsweise über dem Speicherelement gebildet sein.
Die Speicherschaltung 250 kann eine Vielzahl von in einer Array 263 angeordneten Speicherelementen aufweisen. Die Speicherelemente der Speicherschaltung 250 können beispielsweise in dem gemeinsamen (gleichen) Halbleitersubstrat oder Chip gebildet sein. Beispielsweise kann die Speicherelementenarray 263 eine zweidimensionale Array von Speicherelementen sein. Die Speicherelementenarray 263 kann beispielsweise in einer Matrizenstruktur in Zeilen und Spalten angeordnet sein.
Beispielsweise kann ein Speicherelement an einer Schnittstelle zwischen einer Bitleitung aus der Gruppe von Bitleitungen 257 (Leitungen 1 bis n) und einer Wortleitung aus der Gruppe von Wortleitungen 256 (Leitungen 1 bis m) angeordnet werden. Beispielsweise kann ein Speicherelement der Speicherelementenarray 263 basierend auf einem zwischen einer bezeichneten Wortleitung (z.B. 256 ₁) und einer bezeichneten Bitleitung (z.B. 257 ₁) angelegten Vorspannungspegel einzeln adressiert (oder ausgewählt) werden. Beispielsweise können ausgewählte Speicherelemente der Speicherelementenarray 263 basierend auf einem an eine bezeichnete Bitleitung angelegten Vorspannungspegel beschrieben oder ausgelesen werden.
Die Speicherschaltung 250 kann weiterhin beispielsweise wenigstens einen Zugriffstransistor oder eine Mehrzahl von in einer Gruppe angeordneten Zugriffstransistoren aufweisen. Beispielsweise kann die Speicherschaltung 250 eine 2-D-Gruppe von Zugriffstransistoren aufweisen. Jeder Zugriffstransistor kann beispielsweise an ein Speicherelement angekoppelt sein. Beispielsweise kann jede Speicherzelle 261 ein an einen Zugriffstransistor angekoppeltes Speicherelement (z.B. 201) umfassen. Beispielsweise kann ein Steueranschluss (z.B. ein Gate-Anschluss) des Zugriffstransistors an eine Wortleitung angekoppelt sein. Beispielsweise kann ein erster Anschluss des Zugriffstransistors an ein Bezugspotential oder die Vorspannungsgeneratorschaltung 258 angekoppelt sein. Ein zweiter Anschluss kann beispielsweise an die erste Elektrodenschicht 202 des Speicherelements oder die zweite Elektrodenschicht 203 des Speicherelements angekoppelt sein.
In einer beispielhaften Anordnung (z.B. einer gemeinsamen Bezugsanordnung) einer Speicherzelle 261 kann ein Steueranschluss (z.B. ein Gate-Anschluss) des Zugrifftransistors an eine Wortleitung angekoppelt sein, ein erster Anschluss (z.B. ein Source-Anschluss) des Zugrifftransistors kann an die Bitleitung angekoppelt sein und ein zweiter Anschluss (z.B. ein Drain-Anschluss) des Zugrifftransistors kann an das Speicherelement angekoppelt sein. Beispielsweise kann die erste Elektrodenschicht 202 und die erste Kollektorschicht 209 des Speicherelements an den zweiten Anschluss (z.B. den Drain-Anschluss) des Zugriffstransistors angekoppelt sein und die zweite Elektrodenschicht 203 und die zweite Kollektorschicht 211 des Speicherelements kann an ein Bezugspotential (z.B. ein Erdpotential) angekoppelt sein.
In einer weiteren beispielhaften Anordnung (z.B. einer gemeinsamen Source-Anordnung) der Speicherzelle 261 kann ein Steueranschluss (z.B. ein Gate-Anschluss) des Zugrifftransistors an die Wortleitung angekoppelt sein, ein erster Anschluss (z.B. ein Source-Anschluss) des Zugrifftransistors kann an ein Bezugspotential (z.B. ein Erdpotential) angekoppelt sein und ein zweiter Anschluss (z.B. ein Drain-Anschluss) des Zugrifftransistors kann an das Speicherelement angekoppelt sein. Beispielsweise kann die erste Elektrodenschicht 202 und die erste Kollektorschicht 209 des Speicherelements an den zweiten Anschluss (z.B. den Drain-Anschluss) des Zugrifftransistors angekoppelt sein und die zweite Elektrodenschicht 203 und die zweite Kollektorschicht 211 des Speicherelements können an die Bitleitung angekoppelt sein.
Die Speicherzugriffsschaltung 205 kann eingerichtet sein, ein Speicherelement einzeln durch Anlegen eines Auswahlsteuersignals an einen Steueranschluss des Zugrifftransistors zu adressieren. Beispielsweise kann die Speicherzugriffsschaltung 205 eine Vorspannungsgeneratorschaltung 258 eingerichtet zum Bereitstellen eines Vorspannungssignals für das Speicherelement oder an einen Anschluss eines an das Speicherelement angekoppelten Zugrifftransistors zum Schalten des Speicherelements aus einem ersten vordefinierten Speicherzustand in einen zweiten vordefinierten Speicherzustand basierend auf einem vordefinierten Vorspannungspegel des Vorspannungssignals aufweisen. Beispielsweise ist die Vorspannungsgeneratorschaltung 258 eingerichtet zum Bereitstellen eines Vorspannungssignals, so dass eine Potentialdifferenz zwischen der ersten Elektrodenschicht 202 (über die erste Kollektorschicht 209) und der zweiten Elektrodenschicht 203 (über die zweite Kollektorschicht 211) gebildet werden kann. Beispielsweise kann die Vorspannungsgeneratorschaltung 258 zum Bereitstellen der Vorspannung für das Speicherelement über eine Wortleitung 256 und Bitleitung 257 eingerichtet sein.
Während einer Schreiboperation kann die Speicherzugriffsschaltung 205 zum Programmieren des Speicherelements auf einen vordefinierten Speicherzustand eingerichtet sein. Die Vorspannungsgeneratorschaltung 258 kann zum Bereitstellen eines Auswahlsteuerungssignals (z.B. eines vordefinierten Auswahlvorspannungspegels VDD) für ein ausgewähltes Speicherelement über eine bezeichnete Wortleitung (z.B. über den Steueranschluss des Zugriffstransistors) und zum Bereitstellen eines Vorspannungssignals für das ausgewählte Speicherelement wie beispielsweise über eine bezeichnete Bitleitung eingerichtet sein. Das durch die Vorspannungsgeneratorschaltung 258 bereitgestellte Vorspannungssignal kann zum Programmieren der Speicherzugriffsschaltung 205 auf einen vordefinierten Speicherzustand der Vielzahl von Speicherzuständen eingerichtet sein.
Die Vorspannungsgeneratorschaltung 258 kann zum Bereitstellen eines ersten vordefinierten Vorspannungspegels des Vorspannungssignals (z.B. eines Schreibvorspannungspegels) für das Speicherelement eingerichtet sein. Die über das Speicherelement durch den ersten vordefinierten Vorspannungspegel des Vorspannungssignals erzeugte Potentialdifferenz kann veranlassen, dass durch die erste Elektrodenschicht 202 erzeugte oder abgegebene Lithiumionen zu der zweiten Elektrodenschicht 203 transportiert und/oder dort gesammelt oder gespeichert werden, wodurch sich das Speicherelement beispielsweise auf einen ersten vordefinierten Speicherzustand umschaltet.
Beispielsweise kann ein Vorspannungssignal mit einem durch die Vorspannungsgeneratorschaltung 258 bereitgestellten ersten Schreibvorspannungspegel das Speicherelement auf einen ersten vordefinierten Speicherzustand (z.B. auf Bit „1“) (z.B. durch Aufladen des Speicherelements) programmieren. Der erste Schreibvorspannungspegel kann ein beispielsweise über die Bitleitung 257 für die erste Elektrodenschicht 202 bereitgestelltes Spannungs- oder Stromsignal (z.B. ein konstantes Strom- oder konstantes Spannungssignal) sein. Der bereitgestellte erste Schreibvorspannungspegel (z.B. das Spannungs- oder Stromsignal) kann Oxidation der ersten Elektrodenschicht 202 verursachen und kann veranlassen, dass Lithiumionen durch das Festkörperelektrolyt 204 beispielsweise von der ersten Elektrodenschicht 202 zur zweiten Elektrodenschicht 203 transportiert werden. Im ersten vordefinierten Speicherzustand kann zwischen der ersten Elektrodenschicht 202 und der zweiten Elektrodenschicht 203 eine erste Speicherzustandsspannung vorhanden sein.
Die Vorspannungsgeneratorschaltung 258 kann zum Bereitstellen eines zweiten vordefinierten Vorspannungspegels des Vorspannungssignals (z.B. eines zweiten Schreibvorspannungspegels) für das Speicherelement eingerichtet sein. Die über das Speicherelement durch den zweiten vordefinierten Vorspannungspegel des Vorspannungssignals erzeugte Potentialdifferenz kann veranlassen, dass Lithiumionen zur ersten Elektrodenschicht 202 zurücktransportiert und/oder dort angesammelt werden, wodurch das Speicherelement beispielsweise in einen zweiten vordefinierten Speicherzustand schaltet. Ein Vorspannungssignal mit einem zweiten Schreibvorspannungspegel kann das Speicherelement auf einen zweiten vordefinierten Speicherzustand (z.B. auf Bit „0“) programmieren (z.B. durch Entladen des Speicherelements). Der zweite Schreibvorspannungspegel kann beispielsweise ein für die erste Elektrodenschicht 202 über die Bitleitung 257 bereitgestelltes Stromsignal sein. Der bereitgestellte zweite Schreibvorspannungspegel (z.B. das Stromsignal) kann Verringerung der ersten Elektrodenschicht 202 verursachen und kann veranlassen, dass Lithiumionen beispielsweise von der zweiten Elektrodenschicht 204 durch das Festkörperelektrolyt 204 zur ersten Elektrodenschicht 204 transportiert werden. In dem zweiten vordefinierten Speicherzustand kann eine zweite Speicherzustandsspannung zwischen der ersten Elektrodenschicht 202 und der zweiten Elektrode 203 vorhanden sein.
Auf diese Weise kann das Speicherelement zum Umschalten zwischen dem ersten vordefinierten Speicherzustand und dem zweiten vordefinierten Speicherzustand basierend auf einem vordefinierten Vorspannungspegel des durch die Vorspannungsgeneratorschaltung 258 bereitgestellten Vorspannungssignals beispielsweise während einer Schreiboperation eingerichtet sein.
Obwohl nur zwei vordefinierte Speicherzustände hinsichtlich der Ausführungsformen beschrieben worden sind, kann das Speicherelement eingerichtet sein, auf eine Vielzahl von vordefinierten Speicherzuständen programmiert zu werden, z.B. mehr als zwei vordefinierte Speicherzustände, basierend auf der Gruppe von beispielsweise in der ersten 202 oder der zweiten 203 Elektrodenschicht gespeicherten Ladung oder Ionen.
Die vordefinierten Speicherzustandsspannungen (z.B. die erste Speicherzustandsspannung, die zweite Speicherzustandsspannung oder sonstige vordefinierte Speicherzustandsspannungen) der vordefinierten Speicherzustände können beispielsweise auf standardmäßigen elektrochemischen Potentialwerten bezüglich des Festkörperelektrolyts, der ersten Elektrodenschicht 202 und der zweiten Elektrodenschicht 203 basieren. Beispielsweise kann die erste Speicherzustandsspannung auf einem im Wesentlichen voll aufgeladenen Zustand der Speicherzelle basieren (z.B. die zweite Elektrodenschicht 203 speichert Ionen oder wird aufgeladen auf einer Höhe zwischen 80% bis 100% ihrer Speicherkapazität). Beispielsweise kann die erste Speicherzustandsspannung auf einem im Wesentlichen voll aufgeladenen Zustand der Speicherzelle basieren (z.B. die zweite Elektrodenschicht 203 speichert Ionen oder wird aufgeladen auf eine Höhe zwischen 80% bis 100% ihrer Speicherkapazität). Beispielsweise kann die zweite Speicherzustandsspannung auf einem im Wesentlichen voll entladenen Zustand der Speicherzelle basieren (z.B. die zweite Elektrodenschicht 203 kann Ionen speichern oder wird aufgeladen auf eine Höhe zwischen 0% bis 30% ihrer Speicherkapazität).
2C zeigt einen Verlauf 290 von Zellenspannung (V) 291 im Verhältnis zur Entladungskapazität (μAh) 292. Wie in 2C gezeigt kann das Speicherelement beispielsweise zwischen 3,8 V bis 4,1 V oder z.B. zwischen 3 V und 5 V aufgeladen werden. Das Gebiet zwischen 0 V und 3,5 V kann beispielsweise aufgrund der hohen Steigung unbenutzt sein.
Das Speicherelement kann eingerichtet sein, auf einen von drei oder vier oder mehr vordefinierten Speicherzuständen programmiert zu werden, z.B. Mehrbitspeicher. Beispielsweise kann ein erster Speicherzustandspegel oder eine erste Speicherzustandsspannung um 0 V betragen. Ein zweiter Speicherzustandspegel oder eine zweite Speicherzustandsspannung kann beispielsweise rund 3,8 V betragen. Ein dritter Speicherzustandspegel oder eine dritte Speicherzustandsspannung kann beispielsweise rund 3,9 V betragen. Ein vierter Speicherzustandspegel oder eine vierte Speicherzustandsspannung kann beispielsweise rund 4 V betragen.
Während einer Leseoperation kann die Speicherzugriffsschaltung 205 zum Bestimmen des Speicherzustandes des Speicherelements eingerichtet sein. Die Speicherzugriffsschaltung 205 kann eine Sensorschaltung 259 eingerichtet zum Bestimmen des Speicherzustands des Speicherelements basierend auf einer zwischen der ersten Elektrodenschicht 202 und der zweiten Elektrodenschicht 203 vorhandenen Spannung aufweisen. Beispielsweise kann die Sensorschaltung 259 eine oder mehrere beispielsweise an die Bitleitungen 257 der Speicherschaltung angekoppelte Verstärkerschaltungen aufweisen. Zum Beispiel kann der Speicherzustand des Speicherelements basierend auf einer Spannung zwischen der ersten Elektrodenschicht 202 und der zweiten Elektrodenschicht 203 oder einer im Speicherelement gespeicherten Ladung bestimmt werden. Zum Beispiel kann der Speicherzustand des Speicherelements basierend auf einer zwischen der ersten Elektrodenschicht 202 und der zweiten Elektrodenschicht 203 in Bezug auf einen Bezugswert (z.B. eine Differenzmessung) vorhandenen Spannung (oder Ladung) bestimmt werden.
Beispielsweise kann die Vorspannungsgeneratorschaltung 258 einen zum Bereitstellen eines Voraufladungsvorspannungssignals (z.B. mit einem Voraufladungs-Vorspannungspegel VDD/2) für ein Paar Bitleitungen (z.B. eine Bitleitung 257 und eine komplementäre Bitleitung) eingerichteten Voraufladungsschaltkreis aufweisen. Beispielsweise können die Bitleitungen 257 auf einen Spannungspegel zwischen dem ersten Speicherzustandsspannungspegel und dem zweiten Speicherzustandsspannungspegel (z.B. zwischen 3,7 V und 2,5 V) voraufgeladen werden.
Danach kann die Vorspannungserzeugungsschaltung 258 zum Bereitstellen eines Auswähl-Lesevorspannungssignals (z.B. mit einem Auswähl-Lesevorspannungspegel, z.B. VDD) zum Einschalten des ausgewählten Speicherelements, über eine bezeichnete Wortleitung ausgelesen zu werden, eingerichtet sein. Beispielsweise kann die Wortleitung eine Reihe von durch die bezeichnete Wortleitung gesteuerten Speicherelementen einschalten. Aufgrund des Einschaltens des Zugrifftransistors kann eine Ladungsübertragung zwischen dem Speicherelement und beispielsweise seiner verbundenen Bitleitung auftreten. Ein zwischen die Bitleitung 257 und die komplementäre Bitleitung eingekoppelter Leseverstärker kann zum Messen und/oder Verstärken einer Differenz in der Spannung zwischen der beispielsweise auf der Bitleitung 257 und der komplementären Bitleitung erfassten Spannung eingerichtet sein. Wenn beispielsweise die Spannungsdifferenz positiv ist, kann ein erster Speicherzustandswert gelesen werden. Wenn beispielsweise die Spannungsdifferenz negativ ist, kann ein zweiter Speicherzustandswert gelesen werden.
Da die Leseoperation einen Ladungsverlust des Speicherelements ergeben kann, kann die Speicherzugriffsschaltung 205 auch zum Durchführen einer Auffrischungsoperation zum Wiederladen der Speicherelemente auf Vorlesewerte nach der Leseoperation eingerichtet sein.
Die Speicherzugriffsschaltung 205 kann eine Adressierungsschaltung 264 eingerichtet zum Bereitstellen eines oder mehrerer Adresssignale entsprechend einzelnen Speicherelementen der Gruppe 263 aufweisen. Beispielsweise kann die Adressierungsschaltung 264 zum Auslösen einer Auswahl eines oder mehrerer Speicherelemente der Gruppe 263 eingerichtet sein. Die Speicherzugriffsschaltung kann eine Wortleitungs-Decodierschaltung 265 und eine Bitleitungs-Decodierschaltung 266 beispielsweise angekoppelt an die Adressierungsschaltung 264 aufweisen. Jedes Speicherelement der Speicherelementengruppe 261 kann basierend auf dem einen oder den mehreren beispielsweise durch die Adressierungsschaltung 264 bereitgestellten Adresssignalen einzeln adressiert werden.
Die Speicherschaltung 250 kann als eine freistehende Speicherzellengruppe arbeiten oder die Speicherzugriffsschaltung kann eine oder mehrere zusätzliche Steuerschaltungen 267 (z.B. ASIC oder Sensoren) aufweisen, die an die Speicherzugriffsschaltung und die Speicherelemente der Speicherschaltung 250 angekoppelt sein können.
Aufgrund der Ausführung einer Speicherzelle mit lithiumbasierender Elektrodenschicht kann die Speicherzelle beispielsweise in eine Vielzahl von diskreten vordefinierten Speicherzuständen programmiert (z.B. aufgeladen oder entladen) werden. Es kann eine sehr niedrige Selbstentladung (weniger als 2% pro Jahr) ohne Auffrischungsbedarf erhalten werden, im Vergleich mit anderen DRAM-Systemen, die beispielsweise alle 100 bis 200 ms Auffrischung erfordern können. Weiterhin verringert die Verwendung eines Festkörperelektrolyts beispielsweise die Kompliziertheit des Herstellungsverfahrens.
Weitere Einzelheiten und Aspekte werden in Verbindung mit den oben oder unten beschriebenen Ausführungsformen (z.B. hinsichtlich der Speicherschaltung, des Speicherelements, der ersten Elektrodenschicht, der zweiten Elektrodenschicht, der ersten Kollektorschicht, der zweiten Kollektorschicht, des Festkörper-Elektrolyts, der Speicherzugriffsschaltung, der Vorspannungsgeneratorschaltung, der Erfassungsschaltung, des Zugriffstransistors und der Wortleitungen und Bitleitungen) erwähnt. Die in 2B und 2C gezeigte Ausführungsform kann ein oder mehrere wahlweise zusätzliche Merkmale entsprechend einem oder mehreren in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Konzept oder einer oder mehreren oben (1) oder unten (z.B. 3 und 4) beschriebenen Ausführungsformen erwähnten Aspekten umfassen.
3 zeigt eine Speicherschaltung 300 nach einer Ausführungsform.
Die Speicherschaltung 300 weist ein Speicherelement 301 und ein Batterieelement 328 auf. Das Batterieelement 328 ist zum Bereitstellen gespeicherter Ladung für wenigstens die Speicherzugriffsschaltung 305 zum Zuführen von Energie zum Bestimmen des Speicherzustands des Speicherelements 301 eingerichtet. Das Speicherelement 301 weist eine erste Elektrodenschicht 302 mit Lithium auf. Das Speicherelement 301 weist weiterhin eine zweite Elektrodenschicht 303 und eine Festkörper-Elektrolytschicht 304 angeordnet zwischen der ersten Elektrodenschicht 302 und der zweiten Elektrodenschicht 303 auf. Die Speicherschaltung 300 weist eine Speicherzugriffsschaltung 305 eingerichtet zum Bestimmen eines Speicherzustands des Speicherelements 301 auf.
Das Speicherelement und das Batterieelement 328 können beispielsweise aus gleichartigen Materialien gebildet sein. Beispielsweise können die erste Elektrodenschicht 302 und die erste Batterieelektrodenschicht aus gleichartigen oder den gleichen Materialien gebildet sein. Zum Beispiel kann die erste Batterieelektrodenschicht Lithium aufweisen. Beispielsweise können die zweite Elektrodenschicht 303 und die zweite Batterieelektrodenschicht aus gleichartigen oder den gleichen Materialien gebildet sein. Zum Beispiel können die Festkörper-Elektrolytschicht 304 und die Festkörper-Batterieelektrolytschicht aus gleichartigen oder den gleichen Materialien gebildet sein.
Das Batterieelement 328 und das Speicherelement 301 können beispielsweise auf oder an einem gemeinsamen (oder gleichen) Halbleitersubstrat gebildet sein. Beispielsweise kann das Batterieelement 328 ein Festkörper-Batterieelement mit einer ersten Batterieelektrodenschicht, einer zweiten Batterieelektrodenschicht und einer Festkörper-Batterieelektrolytschicht angeordnet zwischen der ersten Batterieelektrodenschicht und der zweiten Batterieelektrodenschicht aufweisen. Beispielsweise kann das Batterieelement 328 ein wiederaufladbares Festkörper-Lithiumionen-Batterieelement mit einer seitlichen Größe größer als zehnmal, z.B. größer als zwanzigmal oder z.B. größer als einhundertmal der seitlichen Größe des Speicherelements 301 umfassen.
Weiterhin kann die Speicherschaltung 300 beispielsweise zum Aufweisen einer Vorspannungsgeneratorschaltung eingerichtet zum Bereitstellen eines Vorspannungssignals zum Programmieren des Speicherelements und zum Aufladen des Batterieelements eingerichtet sein. Beispielsweise kann die Vorspannungsgeneratorschaltung der Speicherzugriffsschaltung zum Bereitstellen eines Aufladungsvorspannungssignals zum Aufladen des Batterieelements eingerichtet sein, so dass an der ersten Batterieelektrodenschicht erzeugte Lithiumionen beispielsweise an der zweiten Batterieelektrodenschicht eingefügt oder gespeichert werden können. Das Speicherelement kann auf einen oder mehrere vordefinierte Speicherzustände basierend beispielsweise wenigstens teilweise auf gespeicherter Ladung im Batterieelement programmiert werden. Zusätzlich oder alternativ kann die Speicherzugriffsschaltung zum Lesen oder Bestimmen eines oder mehrerer vordefinierter Speicherzustände des Speicherelements basierend auf gespeicherter Ladung im Batterieelement eingerichtet sein. Zusätzlich oder alternativ kann das Batterieelement zum Bereitstellen gespeicherter Ladung beispielsweise für eine oder mehrere Schaltungen in der Speicherzugriffsschaltung 305 eingerichtet sein.
Der Aufladungsvorspannungssignalpegel kann den durch die Vorspannungsgeneratorschaltung beispielsweise zum Programmieren der Speicherzustände des Speicherelements bereitgestellten Vorspannungssignalpegeln gleich oder davon unterschiedlich sein.
Aufgrund der monolithischen Integration eines Speicherelements und eines Batterieelements an einem gemeinsamen Halbleiterchip kann das Batterieelement beispielsweise zum Zuführen von Energie zum Programmieren des Speicherelements benutzt werden. Weiterhin können das Speicherelement und das Batterieelement unter Verwendung beispielsweise eines oder mehrerer geteilter oder gemeinsamer Herstellungsschritte gebildet werden und der Produktionsaufwand kann verringert werden.
Weitere Einzelheiten und Aspekte werden in Verbindung mit den oben oder unten beschriebenen Ausführungsformen erwähnt (z.B. hinsichtlich der Speicherschaltung, des Speicherelements, der ersten Elektrode, der zweiten Elektrode, des Festkörperelektrolyts und der Speicherzugriffsschaltung). Die in 3 gezeigte Ausführungsform kann ein oder mehrere wahlweise zusätzliche Merkmale entsprechend einem oder mehreren in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Konzept erwähnten Aspekten oder einer oder mehreren oben (z.B. 1 oder 2) oder unten (z.B. 4) beschriebenen Ausführungsformen umfassen.
4 zeigt ein Verfahren 400 zum Bilden einer Speicherschaltung nach einer Ausführungsform.
Das Verfahren 400 weist Bilden 410 einer ersten Elektrodenschicht mit Lithium über einer Substratfläche auf.
Das Verfahren 400 weist weiterhin Bilden 420 einer Festkörper-Elektrolytschicht über der ersten Elektrodenschicht auf.
Das Verfahren 400 weist weiterhin Bilden 430 einer zweiten Elektrodenschicht über dem Festkörperelektrolyt auf.
Das Verfahren 400 weist weiterhin Ätzen 440 der zweiten Elektrodenschicht und der Festkörperelektrolytschicht auf, so dass wenigstens ein Speicherelementenstapel eines Speicherelements verbleibt.
Die Substratfläche kann beispielsweise eine Oberfläche eines Halbleitersubstrats oder Wafers sein. Das Halbleitersubstrat kann eine oder mehrere ASIC-Schaltungen oder wenigstens Teil einer beispielsweise im Substrat gebildeten Speicherzugriffsschaltung aufweisen.
Die erste Elektrodenschicht kann beispielsweise über einer ersten Kollektor-(oder Sperr-)Schicht gebildet sein. Weiterhin kann eine zweite Kollektor-(oder Sperr-)Schicht beispielsweise über der zweiten Elektrodenschicht gebildet sein.
Eine elektrisch isolierende Schicht kann über (z.B. direkt auf) der Substratfläche aufgetragen werden. Beispielsweise kann die elektrisch isolierende Schicht an der Substratflächenebene gebildet werden. Die erste Elektrodenschicht, die Festkörper-Elektrolytschicht und die zweite Elektrodenschicht können über dem Wafer gebildet werden und können beispielsweise einen wesentlichen Teil der Halbleitersubstratfläche bedecken. Zum Auftragen der Schichten können verschiedene Auftragungsverfahren wie beispielsweise chemisches Aufdampfen, Bedampfen, Aufstäuben benutzt werden.
Ätzen der Schichten kann so ausgeführt werden, dass ein oder mehrere Speicherelementenstapel verbleiben. Beispielsweise können verschiedene Fotolithografie- und Ätzverfahren (z.B. chemisches Nass- oder Trockenätzen) ausgeführt werden. Beispielsweise kann ein oder mehrere Gräben in den Schichten an vordefinierten Stellen gebildet werden. Die Gräben können durch Ätzen oder Entfernung von Teilen der zweiten Kollektorschicht, der zweiten Elektrodenschicht, und der Festkörper-Elektrolytschicht an den vordefinierten Stellen gebildet werden. Die Gräben können eine Tiefe von rund h aufweisen und können sich beispielsweise von der zweiten Kollektorschicht zur Festkörper-Elektrolytschicht erstrecken. Eine Gruppe von Speicherelementenstapeln kann in den Gebieten verbleiben, wo die zweite Kollektorschicht, die zweite Elektrodenschicht und Teile der Festkörper-Elektrolytschicht nicht entfernt werden. Zusätzlich kann Ätzen der zweiten Kollektorschicht, der zweiten Elektrodenschicht und der Festkörper-Elektrolytschicht so ausgeführt werden, dass wenigstens ein Batterieelementenstapel eines Batterieelements verbleiben kann und wenigstens ein Speicherelementenstapel des Speicherelements verbleibt. Beispielsweise kann ein oder mehrere Aufdampf- und/oder Ätzverfahren zusammen oder gemeinsam beispielsweise für die Bildung des Speicherelements und des Batterieelements benutzt werden.
Nach der Bildung des Speicherelementenstapels und/oder des Batterieelementenstapels kann ein Isoliermaterial aufgetragen werden, um den Speicherelementenstapel gegen seine Umgebung elektrisch zu isolieren oder zu umgeben. Das Isoliermaterial (einschließlich von oder bestehend aus wenigstens einem von Siliziumdioxid und Siliziumnitrid) kann beispielsweise unter Verwendung chemischer Aufdampfverfahren oder sonstiger geeigneter Auftragungsverfahren aufgetragen werden. Danach können eine oder mehrere Verdrahtungsschichten gebildet werden. Beispielsweise kann eine erste Schicht oder Ebene elektrisch leitfähiger Leitungen (z.B. eine Gruppe von Wortleitungen) strukturiert werden, elektrisch leitfähiges Material kann abgelagert werden und die Leitungen können elektrisch gegen ihre Umgebung isoliert werden. Danach kann eine zweite Schicht oder Ebene von und elektrisch leitfähigen Leitungen (z.B. einer Gruppe von Bitleitungen) strukturiert werden, elektrisch leitfähiges Material kann aufgetragen werden und die Leitungen können beispielsweise elektrisch gegen ihre Umgebung isoliert werden.
Aufgrund der Bildung eines Speicherelements mit die Elektrodenschichten und die Elektrolytschicht bildenden Festkörperfolien können in komplementärer Metalloxid-Halbleiter-(CMOS-)Technik benutzte Auftragungsverfahren beispielsweise für die Bildung des Speicherelements benutzt werden. Da die zum Bilden des Speicherelements benutzten Materialien auch zum Bilden eines Batterieelements benutzt werden können, kann ein oder mehrere Auftragungs- oder Ätzverfahren beispielsweise geteilt oder zusammen für die Bildung des Speicherelements oder des Batterieelements benutzt werden. Dies kann beispielsweise verringerte Kosten ergeben.
Weitere Einzelheiten und Aspekte werden in Verbindung mit den oben oder unten beschriebenen Ausführungsformen (z.B. hinsichtlich der Abbildungsvorrichtung, der Bildsensorschaltung, des Pixelelements, der Pixelbilddaten und der Bildverarbeitungsschaltung) erwähnt. Die in 4 gezeigte Ausführungsform kann ein oder mehrere wahlweise Zusatzmerkmale entsprechend einem oder mehreren in Verbindung mit dem vorgeschlagenen Konzept erwähnten Aspekten oder einer oder mehreren oben (z.B. 1 bis 3) oder unten beschriebenen Ausführungsformen umfassen.
Verschiedene Ausführungsformen betreffen einen Lithium-Direktzugriffsspeicher (RAM – Random Access Memory). Festkörper-Dünnfilmtechnik kann beispielsweise zum Erzeugen eines Speichers benutzt werden. Speichersysteme können beispielsweise durch Lithium-RAM ersetzt werden. Batterien, z.B. Lithium-Batterien, können ebenfalls beispielsweise in das System integriert werden. Lithium-basierende Speicher können beispielsweise alternativ oder zusätzlich zu dynamischem Direktzugriffsspeicher (DRAM), Flash-Speicher, statischem Direktzugriffsspeicher (SRAM), Magnetowiderstands-Direktzugriffsspeicher (MRAM) und Phasenänderungs-Direktzugriffsspeicher (PCRAM – Phase Change Random Access Memory) benutzt werden.
Verschiedene Ausführungsformen betreffen einen neuartigen RAM mit vollständiger Festkörper-Dünnfilmbatterietechnik zum Erzeugen einer Gruppe von Speicherzellen. Beispielsweise kann zufallsmäßiger Schreib- und Lesezugriff möglich sein.
Beispielhafte Ausführungsformen können weiterhin ein Computerprogramm mit einem Programmcode zum Durchführen eines der obigen Verfahren bereitstellen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder Prozessor ausgeführt wird. Ein Fachmann würde leicht erkennen, dass Handlungen verschiedener oben beschriebener Verfahren durch programmierte Computer durchgeführt werden können. Hierbei sollen einige beispielhafte Ausführungsformen auch Programmspeichervorrichtungen abdecken, z.B. digitale Datenspeichermedien, die maschinen- oder computerlesbar sind und maschinenausführbare oder computerausführbare Programme von Anweisungen codieren, wobei die Anweisungen einige oder alle der Handlungen der oben beschriebenen Verfahren durchführen. Die Programmspeichervorrichtungen können z.B. digitale Speicher, magnetische Speichermedien wie beispielsweise Magnetplatten und Magnetbänder, Festplattenlaufwerke oder optisch lesbare digitale Datenspeichermedien sein. Weitere beispielhafte Ausführungsformen sollen auch zum Durchführen der Handlungen der oben beschriebenen Verfahren programmierte Computer abdecken, oder (feld-)programmierbare Logik-Arrays ((F)PLA) oder (feld-)programmierbare Gate-Arrays ((F)PGA), programmiert zum Durchführen der Handlungen der oben beschriebenen Verfahren.
Die Beschreibung und Zeichnungen stellen nur die Grundsätze der Offenbarung dar. Es versteht sich daher, dass der Fachmann verschiedene Anordnungen ausarbeiten kann, die, obwohl sie hier nicht ausdrücklich beschrieben oder gezeigt sind, die Grundsätze der Offenbarung verkörpern und in ihrem Sinn und Rahmen umfasst sind. Weiterhin sollen alle hier aufgeführten Beispiele grundsätzlich ausdrücklich nur pädagogischen Zwecken dienen, um dem Leser beim Verständnis der Grundsätze der Offenbarung und der durch den Erfinder/die Erfinder beigetragenen Konzepte zur Weiterentwicklung der Technik behilflich zu sein, und sollen als ohne Begrenzung solcher spezifisch aufgeführten Beispiele und Bedingungen ausgelegt werden. Weiterhin sollen alle Angaben, die hier Grundsätze, Aspekte und Ausführungsformen der Offenbarung aufführen, wie auch bestimmte Beispiele derselben, Entsprechungen derselben umfassen.
„Als Mittel zum ...“ (Durchführen einer gewissen Funktion) bezeichnete Funktionsblöcke sind als Funktionsblöcke mit Schaltungen zu verstehen, die zum Durchführen einer jeweiligen gewissen Funktion ausgebildet sind. Daher kann ein „Mittel für etwas“ sowohl als ein „Mittel eingerichtet zum oder geeignet für etwas“ verstanden werden. Ein Mittel ausgebildet zum Durchführen einer gewissen Funktion bedeutet daher nicht, dass ein solches Mittel unbedingt die Funktion (zu einem gegebenen Zeitaugenblick) durchführt.
Funktionen verschiedener in den Figuren gezeigter Elemente einschließlich aller Funktionsblöcke bezeichnet als „Mittel“, „Mittel zum Bereitstellen eines Sensorsignals“, „Mittel zum Erzeugen eines Sendesignals“ usw. können durch die Verwendung dedizierter Hardware wie beispielsweise „eines Signalgebers“, „einer Signalverarbeitungseinheit“, „eines Prozessors“, „einer Steuerung“ usw. wie auch zum Ausführen von Software in Verbindung mit der geeigneten Software fähige Hardware bereitgestellt werden. Weiterhin kann jede hier als „Mittel“ beschriebene Instanz „einem oder mehreren Modulen“, „einer oder mehreren Vorrichtungen“, „einer oder mehreren Einheiten“ usw. entsprechen oder als solche implementiert sein. Wenn sie durch einen Prozessor bereitgestellt werden, können die Funktionen durch einen einzelnen dedizierten Prozessor, durch einen einzelnen geteilten Prozessor oder durch eine Mehrzahl einzelner Prozessoren, von denen einige geteilt sein können, bereitgestellt werden. Weiterhin sollte die ausdrückliche Verwendung des Begriffs „Prozessor“ oder „Steuerung“ nicht als sich ausdrücklich auf die Ausführung von Software fähige Hardware beziehend ausgelegt werden und kann implizit ohne Begrenzung Digitalsignalprozessor-(DSP-)Hardware, Netzprozessor, anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC – Application Specific Integrated Circuit), feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA), Nurlesespeicher (ROM – Read Only Memory) zum Speichern von Software, Direktzugriffsspeicher (RAM – Random Access Memory) und nichtflüchtige Speicherung umfassen. Auch kann sonstige Hardware, herkömmliche und/oder kundenspezifische umfasst sein.
Der Fachmann sollte erkennen, dass alle Blockschaltbilder hier konzeptmäßige Ansichten beispielhafter Schaltungen darstellen, die die Grundsätze der Offenbarung verkörpern. Auf ähnliche Weise versteht es sich, dass alle Flussdiagramme, Zustandsübergangsdiagramme, Pseudocode und dergleichen verschiedene Verfahren darstellen, die im Wesentlichen in einem computerlesbaren Medium dargestellt und so durch einen Computer oder Prozessor ausgeführt werden können, ob ein solcher Computer oder Prozessor ausdrücklich gezeigt ist oder nicht.
Weiterhin sind die folgenden Ansprüche hiermit in die ausführliche Beschreibung aufgenommen, wo jeder Anspruch als getrennte Ausführungsform für sich stehen kann. Während jeder Anspruch als getrennte Ausführungsform für sich stehen kann, ist zu bemerken, dass – obwohl ein abhängiger Anspruch in den Ansprüchen auf eine bestimmte Kombination mit einem oder mehreren anderen Ansprüchen verweisen kann – andere Ausführungsformen auch eine Kombination des abhängigen Anspruchs mit dem Gegenstand jedes anderen abhängigen oder unabhängigen Anspruchs umfassen können. Solche Kombinationen werden hier vorgeschlagen, sofern es nicht angegeben ist, dass eine bestimmte Kombination nicht beabsichtigt ist. Weiterhin sollen auch Merkmale eines Anspruchs zu jedem anderen unabhängigen Anspruch enthalten sein, selbst wenn dieser Anspruch nicht direkt von dem unabhängigen Anspruch abhängig gemacht ist.
Weiterhin ist zu bemerken, dass in der Beschreibung oder den Ansprüchen offenbarte Verfahren durch eine Vorrichtung mit Mitteln zum Durchführen jeder der jeweiligen Handlungen dieser Verfahren implementiert werden können.
Weiterhin versteht es sich, dass die Offenbarung von mehreren Handlungen oder in den Spezifikationen oder Ansprüchen offenbarten Funktionen nicht unbedingt als in der bestimmten Reihenfolge befindlich ausgelegt sind. Daher wird die Offenbarung von mehreren Handlungen oder Funktionen diese nicht auf eine bestimmte Reihenfolge begrenzen, es sei denn solche Handlungen oder Funktionen sind aus technischen Gründen nicht austauschbar.
Weiterhin kann in einigen Ausführungsformen eine einzelne Handlung mehrere Teilhandlungen umfassen oder in diese aufgebrochen sein. Solche Teilhandlungen können in der Offenbarung dieser einzelnen Handlung enthalten und Teil derselben sein, sofern sie nicht ausdrücklich ausgeschlossen sind.

Claims

Speicherschaltung (100, 200, 250, 300) umfassend ein Speicherelement (101) umfassend: eine erste Elektrodenschicht (102), der Lithium aufweist, eine zweite Elektrodenschicht (103) und eine Festkörper-Elektrolytschicht (104) angeordnet zwischen der ersten Elektrodenschicht (102) und der zweiten Elektrodenschicht (103); und eine Speicherzugriffsschaltung (105) eingerichtet zum Bestimmen eines Speicherzustands des Speicherelements (101).
Speicherschaltung nach Anspruch 1, wobei das Speicherelement (101) eine seitliche Größe von weniger als 1 μm² aufweist.
Speicherschaltung nach Ansprüchen 1 oder 2, wobei das Speicherelement (101) zum Schalten zu einem vordefinierten Speicherzustand basierend auf einem vordefinierten, durch die Speicherzugriffsschaltung zwischen der ersten Elektrodenschicht (102) und der zweiten Elektrodenschicht (103) angelegten Schreibvorspannungspegel eingerichtet ist.
Speicherschaltung nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Speicherelement (101) zum Schalten zu einem einer Vielzahl von vordefinierten Speicherzuständen basierend auf einem Transport von Ionen zur ersten Elektrodenschicht (102) oder der zweiten Elektrodenschicht (103) über die Festkörper-Elektrolytschicht (104) eingerichtet ist.
Speicherschaltung nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Elektrodenschicht (103) eine Vielzahl von kristallinen Schichten umfasst und wobei die an der zweiten Elektrodenschicht (103) angesammelten Ionen in die Vielzahl von kristallinen Schichten eingefügt werden.
Speicherschaltung nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Speicherelement (101) und die Speicherzugriffsschaltung (105) an einem gemeinsamen Halbleiterchip (106) gebildet sind.
Speicherschaltung nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Elektrodenschicht (102) Lithiumcobaltoxid umfasst.
Speicherschaltung nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Elektrodenschicht (103) Kohlenstoff oder Silizium umfasst.
Speicherschaltung nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Festkörper-Elektrolytschicht (104) Lithiumphosphor-Oxynitrid umfasst.
Speicherschaltung nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend eine erste Kollektorschicht (209) in Kontakt mit der ersten Elektrodenschicht (202) und eine zweite Kollektorschicht (211) in Kontakt mit der zweiten Elektrodenschicht (203), wobei die erste Kollektorschicht (209) und die zweite Kollektorschicht (211) Titannitrid oder Wolframnitrid umfassen.
Speicherschaltung nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend einen an das Speicherelement (201) angekoppelten Zugriffstransistor, wobei die Speicherzugriffsschaltung (205) zum einzelnen Adressieren des Speicherelements (201) durch Anlegen eines Auswahlsteuersignals an einen Steueranschluss des Zugriffstransistors eingerichtet ist.
Speicherschaltung nach Anspruch 11, wobei der an das Speicherelement angekoppelte Zugriffstransistor umfasst: einen an ein Bezugspotential oder eine Vorspannungsgeneratorschaltung (258) angekoppelten ersten Anschluss; und einen an die erste Elektrodenschicht (202) des Speicherelements (201) oder die zweite Elektrodenschicht (203) des Speicherelements (201) angekoppelten zweiten Anschluss.
Speicherschaltung nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Speicherzugriffsschaltung (205) eine Sensorschaltung (259) eingerichtet zum Bestimmen eines Speicherzustands des Speicherelements (201) basierend auf einer zwischen der ersten Elektrodenschicht (202) und der zweiten Elektrodenschicht (203) vorhandenen Spannung umfasst.
Speicherschaltung nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche umfassend: eine Vielzahl von in einer Array (263) angeordneten Speicherelementen, wobei jedes Speicherelement (201) umfasst: eine erste Elektrodenschicht (202) umfassend Lithium, eine zweite Elektrodenschicht (203) und eine Festkörper-Elektrolytschicht (204) zwischen der ersten Elektrodenschicht (202) und der zweiten Elektrodenschicht (203).
Speicherschaltung nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Speicherzugriffsschaltung (205) eine Adressierungsschaltung (264) eingerichtet zum Auslösen einer Auswahl eines oder mehrerer Speicherelemente der Speicherarray (263) umfasst.
Speicherschaltung nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Speicherzugriffsschaltung (205) umfasst: eine Vorspannungsgeneratorschaltung (258); und eine Gruppe von Wortleitungen (256) und eine Gruppe von Bitleitungen (257); wobei die Vorspannungsgeneratorschaltung (258) zum Bereitstellen eines Auswahlsteuersignals für ein ausgewähltes Speicherelement (201) über eine bezeichnete Wortleitung und zum Bereitstellen eines Vorspannungssignals für das ausgewählte Speicherelement (201) über eine bezeichnete Bitleitung eingerichtet ist.
Speicherschaltung nach Anspruch 16, wobei die Vorspannungsgeneratorschaltung (258) zum Bereitstellen des Vorspannungssignals für das Speicherelement (201) oder für einen Anschluss eines an das Speicherelement (201) angekoppelten Zugriffstransistors zum Schalten des Speicherelements (201) aus einem ersten vordefinierten Speicherzustand in einen zweiten vordefinierten Speicherzustand basierend auf einem vordefinierten Vorspannungspegel des Vorspannungssignals eingerichtet ist.
Speicherschaltung nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche umfassend ein Batterieelement (328) eingerichtet zum Bereitstellen gespeicherter Ladung für wenigstens die Speicherzugriffsschaltung (305) zum Zuführen von Energie zum Bestimmen des Speicherzustands des Speicherelements (201).
Verfahren (400) zum Bilden einer Speicherschaltung, wobei das Verfahren umfasst: Bilden (410) einer ersten Elektrodenschicht, der Lithium aufweist, über einer Substratfläche; Bilden (420) einer Festkörper-Elektrolytschicht über der ersten Elektrodenschicht; Bilden (430) einer zweiten Elektrodenschicht über dem Festkörperelektrolyt; und Ätzen (440) der zweiten Elektrodenschicht und der Festkörperelektrolytschicht, so dass wenigstens ein Speicherelementenstapel eines Speicherelements verbleibt.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei das Ätzen der zweiten Elektrodenschicht und der Festkörperelektrolytschicht so ausgeführt wird, dass wenigstens ein Batterieelementenstapel eines Batterieelements und wenigstens ein Speicherelementenstapel verbleibt.