JP2017034223A - 抵抗変化型メモリ - Google Patents

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Abstract

【課題】基板110と、導電層120と、抵抗スイッチング層130と、銅含有酸化物層140と、および電子供給層150と、を備える抵抗変化型メモリ(ReRAM)を提供する。【解決手段】基板110上に導電層120を設ける。導電層120上に抵抗スイッチング層130を設ける。抵抗スイッチング層130上に銅含有酸化物層140を設ける。銅含有酸化物層140上に電子供給層150を設ける。さらに、導電層120は単層構造または多層構造を含んでもよい。【選択図】図1

Description

本発明は、不揮発性メモリに関し、より詳細には、抵抗変化型メモリに関する。
不揮発性メモリは、電源を切ってもデータを保持するという利点がある。したがって、電子光学製品の多くは、電源を入れたときに正常動作を維持するために不揮発性メモリを必要とする。現在、業界において開発が盛んな不揮発性メモリの一つに抵抗変化型メモリ(resistive random access memory(ReRAM))がある。ReRAMの利点として、書き込み電圧が低いこと、書き込み/消去時間が短いこと、記憶保持時間が長いこと、非破壊的読み出し可能なこと、マルチステートメモリであること、構造が単純なこと、および所要面積が僅かであること等が挙げられる。その結果、ReRAMは、将来的に、パソコンや電子機器等において広く採用される不揮発性メモリの1つとなる可能性がある。しかしながら、抵抗性不揮発性メモリのデータ保持能力をさらに向上するにはどうしたらよいかについては、業界が現在積極的に取り組んでいる課題である。
本発明は、データ保持能力を向上した抵抗変化型メモリを提供する。
本発明は、基板、導電層、銅含有酸化物層、および電子供給層を備える抵抗変化型メモリを提供する。基板上に導電層を設ける。抵抗スイッチング層上に銅含有酸化物層を設ける。銅含有酸化物層上に電子供給層を設ける。
以上を踏まえ、本発明において提供する抵抗変化型メモリでは、低抵抗状態において、電子供給層が供給する電子によって銅フィラメントの拡散を抑制して、抵抗変化型メモリのデータ保持能力を向上することができる。さらに、抵抗変化型メモリ内の電子供給層を用いて酸素を捕捉することにより大気中への酸素の放散を阻止して、抵抗変化型メモリの耐久性を向上することもできる。
本発明の一実施形態である抵抗変化型メモリ(ReRAM)の断面模式図である。 本発明の別の実施形態である抵抗変化型メモリ(ReRAM)の断面模式図である。 銅フィラメント形成過程における、サンプル1の動作電圧と電流との関係を示すグラフである。 銅フィラメント形成過程における、サンプル2の動作電圧と電流との関係を示すグラフである。 サンプル1の抵抗スイッチングの電気的性質を示すグラフである。 サンプル2の抵抗スイッチングの電気的性質を示すグラフである。 耐久試験における、サンプル1の抵抗スイッチングの電流と回数との関係を示すグラフである。 耐久試験における、サンプル2の抵抗スイッチングの電流と回数との関係を示すグラフである。 85℃の温度下でのデータ保持能力試験における、サンプル2の電流と時間との関係を示す図である。 200℃の温度下でのデータ保持能力試験における、サンプル2の電流と時間との関係を示す図である。 抵抗変化型メモリにおける酸素元素分布の関係を示す図であり、図11中の写真は、室温でのサンプル2の透過型電子顕微鏡(TEM)による顕微鏡写真であり、図11中のグラフは、室温でサンプル2をX線光電子分光装置により分析して得られた酸素元素分布率を示す。 抵抗変化型メモリにおける酸素元素分布の関係を示す図であり、図12中の写真は、加熱試験後のサンプル2の透過型電子顕微鏡(TEM)による顕微鏡写真であり、図12中のグラフは、室温でサンプル2をX線光電子分光装置により分析して得られた酸素元素分布率を示す。
以下に、例示的な実施形態を添付の図面とともに記載して、本開示をさらに詳細に説明する。
添付の図面は本発明についての理解を深めるために提供するものであり、本明細書において援用され、その一部を構成するものである。各図面は本発明の実施形態を示し、発明の詳細な説明とともに、本発明の原理を説明するのに資するものである。
図1を参照すると、抵抗変化型メモリ100は、基板110、導電層120、抵抗スイッチング層130、銅含有酸化物層140、および電子供給層150を備える。基板110は、例えば、シリコン基板等の半導体基板である。
基板110上に導電層120を設けて、抵抗変化型メモリ100の下部電極として用いることができる。導電層120は単層構造または多層構造とすることができる。本実施形態においては、多層構造の導電層120を例示しているが、本発明はこれに限定されない。導電層120は、例えば、導電層120a、導電層120b、および導電層120cを含むことができる。導電層120の材料としては、例えば、チタン、窒素化チタン、白色金、アルミニウム、タングステン、イリジウム、酸化イリジウム、ルテニウム、タンタル、窒化タンタル、ニッケル、モリブデン、ジルコニウム、酸化インジウム錫、またはドープ半導体(例えばドープ多結晶シリコン等)が挙げられる。導電層120の厚さは、例えば、1ナノメートル〜500ナノメートルとする。導電層120の形成方法としては、例えば、ACマグネトロンスパッタリング法、原子層堆積法、または電子ビーム蒸着法等がある。
導電層120上には抵抗スイッチング層130を設ける。抵抗スイッチング層130の材料としては、例えば、酸化ハフニウム(IV)、酸化アルミニウム、二酸化チタン、二酸化ジルコニウム、酸化錫、酸化亜鉛、窒化アルミニウム、または窒化ケイ素等が挙げられる。抵抗スイッチング層130の厚さは、例えば、1ナノメートル〜100ナノメートルとする。抵抗スイッチング層130の形成方法としては、例えば、プラズマ促進化学蒸着法、原子層堆積法、ACマグネトロンスパッタリング法、または電子ビーム蒸着法等がある。抵抗スイッチング層130の堆積(deposition)温度範囲は、例えば、100℃〜500℃である。また、高温炎管を用いて抵抗スイッチング層130をアニール処理することもできる。さらに、抵抗スイッチング層130の材料として、密な構造を有する材料、例えば、窒化ケイ素、酸化ハフニウム(IV)、または酸化アルミニウム等を選択すると、抵抗スイッチング層130における銅フィラメントの拡散を抑制することができ、よって本発明の抵抗変化型メモリ100のデータ保持能力を向上することができる。
抵抗スイッチング層130上には銅含有酸化物層140を設ける。銅含有酸化物層140の材料としては、例えば、酸化チタン銅、酸化タンタル銅、酸化アルミニウム銅、酸化コバルト銅、酸化タングステン銅、酸化イリジウム銅、酸化ルテニウム銅、酸化ニッケル銅、酸化モリブデン銅、酸化ジルコニウム銅、または酸化インジウム錫銅等が挙げられる。銅含有酸化物層140の厚さは、例えば、1ナノメートル〜100ナノメートルとする。銅含有酸化物層140の形成方法としては、例えば、ACマグネトロンスパッタリング法または電子ビーム蒸着法等がある。銅含有酸化物層140は、抵抗スイッチング用の銅イオンを供給することができる。
抵抗変化型メモリ100の電子供給層150に正バイアスを印加すると、銅含有酸化物層140中の銅イオンが抵抗スイッチング層130において銅原子に還元されて銅フィラメントを形成し、抵抗変化型メモリ100の抵抗値が減少して抵抗変化型メモリ100は低抵抗状態(LRS)になる。抵抗変化型メモリ100の電子供給層150に負バイアスを印加すると、銅フィラメント中の銅原子が酸化されて銅イオンになることによって銅フィラメントが破壊して、抵抗変化型メモリ100の抵抗値が増加して抵抗変化型メモリ100は高抵抗状態(HRS)になる。
銅含有酸化物層140上には電子供給層150を設ける。電子供給層150の材料としては、例えば、チタン銅合金、窒化チタン銅、アルミニウム銅合金、タングステン銅合金、イリジウム銅合金、酸化イリジウム銅、ルテニウム銅合金、タンタル銅合金、窒化タンタル銅、ニッケル銅合金、モリブデン銅合金、ジルコニウム銅合金、または酸化インジウム錫銅等が挙げられる。電子供給層150の厚さは、例えば、1ナノメートル〜1000ナノメートルとする。電子供給層150の形成方法としては、例えば、ACマグネトロンスパッタリング法、原子層堆積法、または電子ビーム蒸着法等がある。
電子供給層150の主な機能を以下に説明する。抵抗変化型メモリ100が低抵抗状態にあるとき、銅原子が形成した銅フィラメントが経時的に外側へ拡散する。電子供給層150は銅フィラメントに電子を供給して銅フィラメントの拡散を抑制し、抵抗変化型メモリ100のデータ保持能力を向上することができる。さらに、電子供給層150を用いて酸素を捕捉することもでき、酸化還元(レドックス)反応を連続的に行うことができるようにして、本発明の抵抗変化型メモリ100の耐久性を向上させることができる。さらに、電子供給層150は抵抗変化型メモリ100の上部電極層としても用いることができる。
さらに、抵抗変化型メモリ100は誘電体層160をさらに有することができる。誘電体層160は、基板110と導電層120との間に設ける。誘電体層160の材料としては、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、または酸窒化ケイ素等の誘電体材料が挙げられる。誘電体層160の厚さは、例えば、3ナノメートル〜10ナノメートルとする。誘電体層160の形成方法として、例えば、熱酸化法または化学蒸着法等がある。
上記の各実施形態からわかるように、抵抗変化型メモリ100において、銅含有酸化物層140が銅イオンを供給して銅フィラメントが形成され、抵抗変化型メモリ100が低抵抗状態となる。低抵抗状態において、電子供給層150が電子を供給して銅フィラメントの拡散を抑制でき、抵抗変化型メモリ100のデータ保持能力を向上することができる。さらに、抵抗変化型メモリ100における電子供給層150を用いて酸素を捕捉して大気中への酸素の放散を阻止することができ、抵抗変化型メモリ100の耐久性を向上することもできる。
図1および図2を参照すると、図2の抵抗変化型メモリ200と図1の抵抗変化型メモリ100との相違点は、図2の抵抗変化型メモリ200の導電層120が2層構造である点である。具体的には、図2の抵抗変化型メモリ200において、導電層120は導電層120aおよび導電層120bを含む。さらに、図2の抵抗変化型メモリ200のその他の部材の堆積の方法、材料、形成方法、および効能は、図1の抵抗変化型メモリ100におけるものと同様であるため、それらの各部材には同じ参照符号を付して説明は省略する。
(実験的実施例)
以下に、本実施形態の抵抗変化型メモリの特性について、実験的実施例に基づきより詳細に説明する。以下の各実験的実施例において、サンプル1は、図1に示す抵抗変化型メモリ100の構成を有し、サンプル2は、図2に示す抵抗変化型メモリ200の構成を有する。まず、サンプル1およびサンプル2の製造方法および適切なパラメータ条件について説明するが、本発明の抵抗変化型メモリの製造方法はこれに限定されない。
サンプル1:
基板110として、RCA(アメリカのラジオ会社)洗浄ステップで洗浄したシリコン基板を用意した。そして、高温の炉心管を用いて、基板110上に200nm厚の二酸化ケイ素薄膜を成長させて誘電体層160とした。続いて、誘電体層160上に、15nm厚のチタン薄膜および30nm厚の白色金薄膜を電子ビーム蒸着法により成長させ、それぞれ導電層120aおよび導電層120bとして用いることとした。ここで、導電層120b(白色金薄膜)は、導電層120a(チタン薄膜)を介して誘電体層160に固定して接着することもできる。その後、テトラキス(ジメチルアミノ)チタン(Ti[N(CH;TDMAT)を前駆体として用いて窒素プラズマと反応させ、堆積(deposition)温度250℃および作動圧力0.3トルの環境下で、導電層120cとして使用する10nm厚の窒化チタン薄膜を原子層堆積法により導電層120b上に成長させた。そして、プラズマ促進化学蒸着法により、抵抗スイッチング層130として使用する窒化ケイ素薄膜を導電層120c上に蒸着した。この蒸着は、堆積(deposition)温度300℃および作動圧力1.3トルの環境下で、シラン(SiH)およびアンモニア(NH)を反応ガスとして用い、反応速度を促進するアルゴン(Ar)プラズマを用いて行った。続いて、真空環境において、ACマグネトロンスパッタリング法により酸素雰囲気下で銅薄膜を抵抗スイッチング層130上に蒸着して、銅含有酸化物層140として使用する酸素ドープした銅薄膜を形成した。その後、酸素雰囲気を終了して、電子供給層150として使用するチタン銅合金薄膜を銅含有酸化物層140上に成長させて、サンプル1の製造を完了した。
サンプル2:
サンプル2とサンプル1の相違点は、サンプル2の導電層120が2層構造である点である。具体的には、サンプル2において、導電層120は導電層120aおよび導電層120bを含む。さらに、サンプル2をリソグラフィ工程およびエッチング工程を介してパターニングし、面積2×2μmのクロスバーパターンとした。さらに、サンプル2のその他の部材の蒸着方法、材料、および形成方法は、サンプル1におけるものと同様であるため、説明は省略する。
図3を参照すると、サンプル1における電子供給層150には正極性バイアスが印加されている。この時点で、導電層120cは導電層120bを介して接地されている。電圧が上昇すると、電流も増加する。電流が電流制限値(20μA)まで増加すると、この時点でのバイアス電圧3.4Vが銅フィラメントの形成における形成電圧となる。そして、このバイアスをさらに増加して抵抗スイッチングを完了する必要があり、抵抗変化型メモリの抵抗値は最初の高抵抗状態(HRS)から低抵抗状態(LRS)へと切り替わる。
図4を参照すると、サンプル2における電子供給層150には正極性バイアスが印加されている。この時点で、導電層120bは接地されている。電圧が上昇すると、電流も増加する。電流が電流制限値(10nA)まで増加すると、この時点でのバイアス電圧2.2Vが形成電圧となる。そして、このバイアスをさらに増加して抵抗スイッチングを完了する必要があり、抵抗変化型メモリの抵抗値は初期の高抵抗状態(HRS)から低抵抗状態(LRS)へと切り替わる。
図3および図4から次のことがわかる。すなわち、面積の大きいサンプル1と比べ、面積の小さいサンプル2は電流制限値が低い。
図5を参照すると、サンプル1における電子供給層150には正の直流バイアスが印加されている。バイアスを0Vから1Vまで印加すると電流値が上昇しはじめるが、この現象から、正バイアスの増加に伴いサンプル1の抵抗値が減少したことがわかる。正バイアスを3Vまで連続的に印加した後、印加バイアスを3Vから0Vに戻すが、0Vから1Vまでのバイアスの電圧−電流曲線(I−V曲線)は、反対方向の1Vから0VまでのバイアスのI−V曲線とは重複しないことがわかる。この現象から、抵抗スイッチングが発生したことがわかる。すなわち、高抵抗状態が低抵抗状態に切り替わっている。そして、負の直流バイアスを電子供給層150に印加し、印加バイアスが0Vから−1Vに変化すると電流値が上昇しはじめるが、この現象から、負バイアスの増加に伴いサンプル1の抵抗値が減少したことがわかる。負バイアスを−1Vまで連続的に印加すると、サンプル1の電流値は初めて減少し、そして、負バイアスは−2Vまで連続的に増加し、電流値は減少を続ける。その後、印加バイアスを−2Vから0Vに増加するが、0Vから−2Vまでのバイアスの電圧−電流曲線(I−V曲線)は、反対方向の−2Vから0VまでのバイアスのI−V曲線とは重複しないことがわかる。この現象から、サンプル1が低抵抗値状態から高抵抗状態に切り替わったことがわかる。
図6を参照すると、サンプル2における電子供給層150には正の直流バイアスが印加されている。バイアスを0Vから1.6Vまで印加すると電流値が上昇し始めるが、この現象から、正バイアスの増加に伴いサンプル2の抵抗値が減少したことがわかる。正バイアスを3Vまで連続的に印加した後、印加バイアスを3Vから0Vに戻すが、0Vから1.6Vまでのバイアスの電圧−電流曲線(I−V曲線)は、反対方向の1.6Vから0VまでのバイアスのI−V曲線とは重複しないことがわかる。この現象から、抵抗スイッチングが発生したことがわかる。すなわち、高抵抗状態が低抵抗状態に切り替わっている。そして、負の直流バイアスを電子供給層150に印加するが、印加バイアスが0Vから−1.8Vに変化すると電流値が上昇をはじめ、この現象から、負バイアスの増加に伴ってサンプル2の抵抗値が減少したことがわかる。負バイアスを−1.8Vまで連続的に印加すると、サンプル2の電流値は初めて減少し、その後、負バイアスは−2.5Vまで連続して減少し、電流値は引き続き減少する。そして、印加バイアスを−2.5Vから0Vまで増加するが、0Vから−2.5Vまでのバイアスの電圧−電流曲線(I−V曲線)は、反対方向の−2.5Vから0VまでのバイアスのI−V曲線とは重複しないことがわかる。この現象から、サンプル2が低抵抗値状態から高抵抗状態に切り替わったことがわかる。
図7を参照すると、サンプル1における電子供給層150にバイアスが印加されており、導電層120cは導電層120bを介して接地されている。ここで、高抵抗状態および低抵抗状態の電流値はいずれもバイアス0.3Vを下回っていることがわかる。1000回を超える連続したスイッチング動作の下、高抵抗状態と低抵抗状態とにおける抵抗値の比は依然として200よりも大きい。したがって、サンプル1は耐久性に優れていることがわかる。
図8を参照すると、サンプル2における電子供給層150にバイアスが印加されており、導電層120bは接地されている。ここで、高抵抗状態および低抵抗状態の電流値はいずれもバイアス0.1Vを下回っていることがわかる。1000回を超える連続したスイッチング動作の下、高抵抗状態と低抵抗状態との抵抗値の比は依然として10よりも大きい。したがって、サンプル2は耐久性に優れていることがわかる。
図9を参照すると、図6の実験的実施例における消去/書き込み電圧を介して、サンプル2を低抵抗状態と高抵抗状態とにそれぞれ切り替える。低抵抗状態下および高抵抗状態下での各電流値を、低抵抗状態下および高抵抗状態下における0.3Vの電圧で周期的に読み出す。試験結果から、サンプル2を温度85℃に10秒置いた後も、メモリ特性の劣化は全く生じることなく、データを正確に読み出すことができたことがわかる。さらに、高抵抗状態と低抵抗状態とにおける抵抗値の比は10を上回っている。
図10を参照すると、図6の実験的実施例における消去/書き込み電圧値を介して、サンプル2を低抵抗状態と高抵抗状態とにそれぞれ切り替える。そして、低抵抗状態下および高抵抗状態下での各電流値を、それぞれ、低抵抗状態下および高抵抗状態下における0.3Vの電圧で周期的に読み出す。試験結果から、サンプル2は、温度200℃の温度下でメモリ状態を8×10秒維持できることがわかる。さらに、高抵抗状態と低抵抗状態とにおける抵抗値の比は10を上回っている。
図11は、室温におけるサンプル2の透過型電子顕微鏡(TEM)による顕微鏡写真であり、図11中のグラフは、室温におけるサンプル2をX線光電子分光装置により分析して得られた酸素元素分布率を示す。図12は、サンプル2の透過型電子顕微鏡(TEM)による顕微鏡写真であり、図12中のグラフは、加熱試験後のサンプル2をX線光電子分光装置により分析して得られた酸素原子分布率を示す。
図11を参照すると、サンプル2の銅フィラメント形成前に、サンプル2中の電子供給層150、銅含有酸化物層140、および抵抗スイッチング層130の各画像を透過型電子顕微鏡で取得し、X線光電子分光装置を用いて、サンプル2中の電子供給層150、銅含有酸化物層140、および抵抗スイッチング層130における酸素元素比率分析を行う。分析結果から、電子供給層150と銅含有酸化物層140との境界面における酸素元素比率のピーク値は10.83%であることがわかる。
図12を参照すると、各温度(最高温度200℃)でサンプル2の加速試験を行った後、サンプル2は低抵抗状態から高抵抗状態へ自動的に切り替わる。そして、サンプル2中の電子供給層150、銅含有酸化物層140、および抵抗スイッチング層130の各画像を透過型電子顕微鏡で取得し、X線光電子分光装置を用いて、サンプル2中の電子供給層150、銅含有酸化物層140、および抵抗スイッチング層130における酸素元素比率分析を行う。分析結果から、酸素原子が分布している電子供給層150と銅含有酸化物層140との境界面における酸素元素比率のピーク値は23.23%であることがわかる。
図11および図12の結果からわかるように、高温加速試験後の電子供給層150と銅含有酸化物層140との境界面における酸素原子増加率は114%であり、よって、このことは電子供給層150が酸素を捕捉する効果を確かに有しており、銅含有酸化物層140において酸素が散逸する現象を抑制することができることを間接的に実証している。その結果、抵抗変化型メモリの耐久性を効果的に向上することができる。
以上のことから、上記の各実施形態の抵抗変化型メモリは少なくとも以下の特徴を有する。抵抗変化型メモリ中の電子供給層により電子を供給して銅フィラメントの拡散を抑制することができ、よって抵抗変化型メモリのデータ保持能力を向上することができる。さらに、抵抗変化型メモリ中の電子供給層を用いて酸素を捕捉し大気中への酸素の放散を阻止することもでき、抵抗変化型メモリの耐久性を向上することもできる。
以上、本発明を上記の各実施形態を参照して説明したが、本発明の要旨を逸脱しない限りにおいて上記の各実施形態に各種変更を加えてもよいことは当業者にとって明らかであろう。したがって、本発明の範囲は、上記の発明の詳細な説明ではなく、添付の請求の範囲によって定義されるものである。
本発明の抵抗変化型メモリは、向上したデータ保持能力を有することができる。
100、200:抵抗変化型メモリ
110:基板
120、120a、120b、120c:導電層
130:抵抗スイッチング層
140:銅含有酸化物層
150:電子供給層
160:誘電体層

Claims (10)

  1. 基板と、
    前記基板上に設けた導電層と、
    前記導電層上に設けた抵抗スイッチング層と、
    前記抵抗スイッチング層上に設けた銅含有酸化物層と、
    前記銅含有酸化物層上に設けた電子供給層と、を備える抵抗変化型メモリ。
  2. 前記導電層は単層構造または多層構造を含む、請求項1に記載の抵抗変化型メモリ。
  3. 前記導電層は厚さが1ナノメートル〜500ナノメートルである、請求項1または請求項2に記載の抵抗変化型メモリ。
  4. 前記抵抗スイッチング層は厚さが1ナノメートル〜100ナノメートルである、請求項1〜3のいずれか一項に記載の抵抗変化型メモリ。
  5. 前記抵抗スイッチング層の堆積温度範囲が100℃〜500℃である、請求項1〜4のいずれか一項に記載の抵抗変化型メモリ。
  6. 前記銅含有酸化物層の材料が、酸化チタン銅、酸化タンタル銅、酸化アルミニウム銅、酸化コバルト銅、酸化タングステン銅、酸化イリジウム銅、酸化ルテニウム銅、酸化ニッケル銅、酸化モリブデン銅、酸化ジルコニウム銅、または酸化インジウム錫銅を含む、請求項1〜5のいずれか一項に記載の抵抗変化型メモリ。
  7. 前記銅含有酸化物層は厚さが1ナノメートル〜100ナノメートルである、請求項1〜6のいずれか一項に記載の抵抗変化型メモリ。
  8. 前記電子供給層の材料が、チタン銅合金、窒化チタン銅、アルミニウム銅合金、タングステン銅合金、イリジウム銅合金、酸化イリジウム銅、ルテニウム銅合金、タンタル銅合金、窒化タンタル銅、ニッケル銅合金、モリブデン銅合金、ジルコニウム銅合金、または酸化インジウム錫銅を含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載の抵抗変化型メモリ。
  9. 前記電子供給層は厚さが1ナノメートル〜1000ナノメートルである、請求項1〜8のいずれか一項に記載の抵抗変化型メモリ。
  10. 前記抵抗変化型メモリは、誘電体層をさらに備え、前記誘電体層は前記基板と前記導電層との間に設ける、請求項1〜9のいずれか一項に記載の抵抗変化型メモリ。
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20170141306A1 (en) * 2015-11-17 2017-05-18 Chang Gung University Memory structure
US10693062B2 (en) * 2015-12-08 2020-06-23 Crossbar, Inc. Regulating interface layer formation for two-terminal memory
CN111969108A (zh) * 2020-08-27 2020-11-20 电子科技大学 一种基于柔性基底的偏铝酸铜忆阻器及制备方法
CN112921299B (zh) * 2021-01-20 2022-03-25 哈尔滨工业大学 一种锆包壳表面复合膜层的制备方法

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009043905A (ja) * 2007-08-08 2009-02-26 Hitachi Ltd 半導体装置
JP2009246085A (ja) * 2008-03-31 2009-10-22 Hitachi Ltd 半導体装置およびその製造方法
JP2010016381A (ja) * 2008-07-03 2010-01-21 Gwangju Inst Of Science & Technology 酸化物膜と固体電解質膜を備える抵抗変化メモリ素子およびこれの動作方法
JP2010141249A (ja) * 2008-12-15 2010-06-24 Nec Corp 抵抗変化素子及びその動作方法
WO2010090002A1 (ja) * 2009-02-04 2010-08-12 パナソニック株式会社 不揮発性記憶素子
JP2012243820A (ja) * 2011-05-16 2012-12-10 Toshiba Corp 不揮発性抵抗変化素子
JP2013131579A (ja) * 2011-12-20 2013-07-04 Toshiba Corp 不揮発性記憶装置、及びその製造方法
WO2013125172A1 (ja) * 2012-02-20 2013-08-29 パナソニック株式会社 不揮発性記憶装置およびその製造方法
JP2014116605A (ja) * 2012-12-10 2014-06-26 Huabang Electronic Co Ltd 自己整流型rramセル構造およびそのクロスバーアレイ構造
JP2014179571A (ja) * 2013-03-15 2014-09-25 Toshiba Corp 抵抗変化型記憶装置
JP2014216553A (ja) * 2013-04-26 2014-11-17 株式会社東芝 抵抗変化型記憶装置
JP2015060891A (ja) * 2013-09-17 2015-03-30 株式会社東芝 記憶装置

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006120707A (ja) * 2004-10-19 2006-05-11 Matsushita Electric Ind Co Ltd 可変抵抗素子および半導体装置
US8559209B2 (en) * 2011-06-10 2013-10-15 Unity Semiconductor Corporation Array voltage regulating technique to enable data operations on large cross-point memory arrays with resistive memory elements
US8344347B2 (en) * 2006-12-15 2013-01-01 Macronix International Co., Ltd. Multi-layer electrode structure
US7777215B2 (en) * 2007-07-20 2010-08-17 Macronix International Co., Ltd. Resistive memory structure with buffer layer
US8362454B2 (en) * 2008-08-12 2013-01-29 Industrial Technology Research Institute Resistive random access memory having metal oxide layer with oxygen vacancies and method for fabricating the same
US8988031B2 (en) * 2008-09-02 2015-03-24 International Business Machines Corporation Dynamic configuration of a calculation function that optimizes dynamic reconfiguration-switching of windings in an electric motor
GB2476819B (en) * 2010-01-11 2014-05-07 Univ Surrey Activated charcoal
US8947908B2 (en) * 2010-11-04 2015-02-03 Crossbar, Inc. Hetero-switching layer in a RRAM device and method
US8369111B2 (en) * 2010-08-02 2013-02-05 Power Integrations, Inc. Ultra low standby consumption in a high power power converter
KR101257365B1 (ko) * 2011-07-22 2013-04-23 에스케이하이닉스 주식회사 문턱 스위칭 동작을 가지는 저항 변화 메모리 및 이의 제조방법
US8846443B2 (en) * 2011-08-05 2014-09-30 Intermolecular, Inc. Atomic layer deposition of metal oxides for memory applications
KR101541056B1 (ko) * 2011-09-13 2015-07-31 아데스토 테크놀러지스 코포레이션 합금 전극을 갖는 저항 스위칭 디바이스 및 그 형성 방법
US8791445B2 (en) * 2012-03-01 2014-07-29 Intermolecular, Inc. Interfacial oxide used as switching layer in a nonvolatile resistive memory element
US9847478B2 (en) * 2012-03-09 2017-12-19 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Methods and apparatus for resistive random access memory (RRAM)
US8934282B2 (en) * 2012-05-31 2015-01-13 Freescale Semiconductor, Inc. Circuitry including resistive random access memory storage cells and methods for forming same
US8877628B2 (en) * 2012-07-12 2014-11-04 Micron Technologies, Inc. Methods of forming nano-scale pores, nano-scale electrical contacts, and memory devices including nano-scale electrical contacts, and related structures and devices
US8995166B2 (en) * 2012-12-20 2015-03-31 Intermolecular, Inc. Multi-level memory array having resistive elements for multi-bit data storage
US8987699B2 (en) * 2013-01-18 2015-03-24 Macronix International Co., Ltd. Conductive bridge resistive memory device and method of manufacturing the same
US9246086B2 (en) * 2013-10-02 2016-01-26 Sony Corporation Conductive bridge memory system and method of manufacture thereof
US9716224B2 (en) * 2014-03-07 2017-07-25 Hewlett Packard Enterprise Development Lp Memristor devices with a thermally-insulating cladding
US20160104840A1 (en) * 2014-10-10 2016-04-14 Beth Cook Resistive memory with a thermally insulating region
KR20170106343A (ko) * 2015-01-23 2017-09-20 휴렛 팩커드 엔터프라이즈 디벨롭먼트 엘피 크로스바 어레이 내의 출력 신호 감지
US10049732B2 (en) * 2015-02-24 2018-08-14 Hewlett Packard Enterprise Development Lp Determining a state of memristors in a crossbar array
US9514815B1 (en) * 2015-05-13 2016-12-06 Macronix International Co., Ltd. Verify scheme for ReRAM

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009043905A (ja) * 2007-08-08 2009-02-26 Hitachi Ltd 半導体装置
JP2009246085A (ja) * 2008-03-31 2009-10-22 Hitachi Ltd 半導体装置およびその製造方法
JP2010016381A (ja) * 2008-07-03 2010-01-21 Gwangju Inst Of Science & Technology 酸化物膜と固体電解質膜を備える抵抗変化メモリ素子およびこれの動作方法
JP2010141249A (ja) * 2008-12-15 2010-06-24 Nec Corp 抵抗変化素子及びその動作方法
WO2010090002A1 (ja) * 2009-02-04 2010-08-12 パナソニック株式会社 不揮発性記憶素子
JP2012243820A (ja) * 2011-05-16 2012-12-10 Toshiba Corp 不揮発性抵抗変化素子
JP2013131579A (ja) * 2011-12-20 2013-07-04 Toshiba Corp 不揮発性記憶装置、及びその製造方法
WO2013125172A1 (ja) * 2012-02-20 2013-08-29 パナソニック株式会社 不揮発性記憶装置およびその製造方法
JP2014116605A (ja) * 2012-12-10 2014-06-26 Huabang Electronic Co Ltd 自己整流型rramセル構造およびそのクロスバーアレイ構造
JP2014179571A (ja) * 2013-03-15 2014-09-25 Toshiba Corp 抵抗変化型記憶装置
JP2014216553A (ja) * 2013-04-26 2014-11-17 株式会社東芝 抵抗変化型記憶装置
JP2015060891A (ja) * 2013-09-17 2015-03-30 株式会社東芝 記憶装置

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