TW201203465A - Memcapacitor devices, field effect transistor devices, non-volatile memory arrays, and methods of programming - Google Patents

Memcapacitor devices, field effect transistor devices, non-volatile memory arrays, and methods of programming Download PDF

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201203465 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本文中所揭示之實施例係關於記憶體電容裝置、場效電 晶體裝置、非揮發性記憶體陣列及程式化之方法。 【先前技術】 電容器及場效電晶體係用於積體電路中（例如邏輯電路 及記憶體電路中）之兩種類型之電子組件。一電容器之_ 個性質係其電容，其受諸如大小、構造及製造材料之若干 個變量影響。一場效電晶體之一個性質係其臨限電壓。其 係對電流穿過一通道區在一對源極/汲極區之間流動所需 要之最小閘極電壓之一量測。影響臨限電壓之因素亦包含 大小、構造及製造材料❶ 製造後之電容器及電晶體通常分別具有固定電容及固定 Β»限電壓，此與可變、可調整或可程式化電容及臨限電壓 相對。 【實施方式】 根據本發明之一實施例之一實例性記憶體電容裝置1〇顯 示於圖1及2。其等顯示處於兩個不同經程式化狀態中之記 憶體電容裝置U)。可使用替代及/或額外經程式化狀態。 參照圖1 ’記憶體電容裝置1()包括—對相對導電電極12 及μ。其等可由任何適當導電材料（例 金屬之合金、導電金屬化合物及/或導 料）構成。電極12及14可具有相同或不 厚度範圍係自3奈米至100奈米。此外， 如元素金屬、元素 電摻雜之半導電材 同厚度。一實例性 導電電極12及14可 J53808.doc 201203465 相對於彼此具有相同或不同之組成，且不論可係或可非係 均質。在-個實例中，其等實質上可由元素鉑組成。 在相對導電電極12與14之間容納至少兩種材料16及18。 材料16係一靜態可程式化半導電材料，其包括容納於一電 介質内之移動摻雜劑。其可在至少兩個特徵在於不同電容 值之不同狀態之間靜態程式化。該等狀態中之至少一者包 含該等移動摻雜劑之局部化或積聚，使得一電介質區形成 於材料16内。可使用兩個以上可程式化狀態。 在本文件之上下文中’ —「移動摻雜劑」係、半導電材料 . 刀（不同於自由電子），其在於至少兩個不同靜態 狀態之間重複地程式化該裝置之正常裳置操作期間藉由: 加電壓差至該對電極而可移動至該電介質内之不同位置。 實例包含在-以其他方式化學計量之材料中之原子空位以 及原子填隙。具體實例性移動摻雜劑包含非晶或結晶氡化 物或其他含氡材料中之氧原子空位、非晶或結晶氮化物或 ::含氮材料中之氮原子空位、非晶或結晶敦化物或其他 3氟材料中之氟原子空位及非晶或結晶氧化物中之填隙金 屬原子。在圖式中藉由點/點畫圖解性地繪示材料16之移 動摻雜劑。緣圖中之一給定區域/體積中之點/點畫之密度 才曰不移動摻雜劑密度之程度，其中較多點/點畫指示較高 動夂雜4岔度且較少點/點畫指示較低移動摻雜劑^ 度。可使用一種以上類型之移動摻雜劑作為材料16之一 分。 對於材料16，在其中容納移動摻雜劑之實例性電介質包 153808.doc 201203465 =雜劑之充分高之數量及濃度而具有局部化導 :之適當孰化物 '氮化物及/或氟化物。其内容納有移 :摻雜劑之電介質可以係或可不係均質，此獨立於對移動 摻雜劑之考量。具體實例電介質包含Ti〇2、鳩 在-個實施例中’包括作為移動摻雜劑 16可包括呈相依於Μ位之位置及在其處容納該等氧= =位置中之氧空位之數量的至少—個經程式化狀態之Ti〇2 組合。在—個實施例中，包括作為移動捧雜 ^之氮空位之材料16可包括呈相依於氮空位之位置及在其 處“亥等氮空位之位置中之氮空位之數量的至少一種經 程式化狀態之Α1_Α1Νΐ χ之—組合。在—個實施例中、， =括作為移動摻之材料16可包括呈相依於敗 空：之位置及在其處容納該等氟空位之位置中之氟空位之 數：的至少一種經程式化狀態之MgF2與Mix之一組合。 在一個實施例中’移動摻雜劑在-含氮材料中包括紹原子 填隙。 、 材料16可具有任何適當厚度，其可取決於電介質之組 f移動摻雜劑之組成，及/或材料丄6中移動摻雜劑之數 里。貫例性厚度包含自4奈米至50奈米，且在一個實施例 中包含不大於120奈米之一厚度。 材料18係一移動摻雜劑障壁電介質材料。其可為均質或 非均質的。移動摻雜劑障壁電介質材料18之特徵在於或與 材料16内之電介質之區別在於：既不讓移動摻雜劑移動滲 153808.doc 201203465 透至材料18内，亦不讓其中本質上有的任何換雜劑進行位 置-改變-移動滲透。半導電材料16及障壁電介質材料以可 相對於彼此具有至少特徵在於至少一個不同原子元素之不 同組成。在一個實施例中，移動摻雜劑障壁電介質材料18 包括一金屬氧化物，且於其内在材料16中容納移動推雜劑 之電介質包括另-金屬氧化物，其中材料18之一金屬元素 不同於材料16之電介質之一金屬元素。無論如何，實例性 移動摻雜劑障壁電介質材料包含Zr〇2、si〇2、si義、㈣ 及SrTi03中之至少一者。 料實質上由…旦 例中，障壁電介質材 予《里之金屬氧化物（例如，Zr〇 之任一者或其等之一組合）組成。 1〇3中 材料16及移動摻雜劑障壁電介質材料18可相對於彼此且 有相同或不同厚度。在—個實施例中，移十^此具 介質材料18不厚於材料16， 彳障壁電 ,, 在個所不Λ施例中薄於; 古。—個貫施例中’移動摻雜劑障 有“奈米至7奈米之-等效氧化物厚度，且二具 中具有不大於1〇奈米之—等效氧化物厚度。在施例 下文中，「等效氧化物厚产择… 在本文件之上 劑障壁電介質材料相同之；」'、”所使用之移動摻雜 二氧…-線性尺寸=將需要多厚之未經摻雜 係未_二氧化，具有介 電谷率相等之電容率 雅一氣化矽之 度」與所使用之移動摻：匱形了等效氧化物厚 同。 動^劑障壁電介質材料之厚度將相 153808.doc 201203465 半導電材料16及障壁電介質材料18中之一者比半導體材 料16及障壁電介質材料18中之另一者更靠近電極12、14對 中之一者。相應地，半導體材料16及障壁電介質材料18中 之另一者更靠近電極12、14對中之另一者。在所繪示之實 施例中，材料16及移動摻雜劑障壁電介質材料丨8彼此實體 觸碰接觸。此外在所繪示之實施例中，在該對相對導電電 極12、14之間除材料16及移動摻雜劑障壁電介質材料a外 不容納其他材料。 圖1及2繪示處於兩個不同靜態經程式化狀態中之記憶體 電容裝置10。圖2圖解性地繪示一實例性最高電容狀態且 圖1繪示-實例性最低電容狀態。舉例而言且僅藉由實例 之方式，圖1將材料16繪示為包括特徵在於移動推雜劑之 各別不同平均濃度之區20及22。區22圖解性地顯示其 動摻雜劑之一顯著較低數量，使得區22實際上係」電介 質。大於零之某-數量之移動摻雜劑可在區， 22可以一電介晳^ ^ 質合夏起作用。無論如何，區2〇具 22内之移動摻雜劑 ；^ 電電容器電極地提供一較厚導 掺雜劑障壁電介質材二’右區22係電介質，藉此增加移動 ;ι質材科18之有效電介質厚
參照圖2，f I 其顯不貫穿整個材料16充 劑’使得其整個厚度實質上係導電的。相應地= 153808.doc 201203465 器電極中之一者有效地構成材料12與16之組合。此外，在 此狀態中，僅移動摻雜劑障壁電介質材料18構成導電電容 器電極12與14之間之整個電介質厚度。藉此，圖2之經程 式化狀態具有高於圖丨中所繪示之電容之電容。進一步考 里而5或換言之’不管記憶體電容裝置1〇在任何給定時刻 實際保持之電荷之-數量如何，圖丄經程式化狀態中之電 容低於圖2經程式化狀態中之電容。不論記憶體電容h 10係不帶電4、部分帶電荷還是完全帶電荷，此確定記憶 體電容襄置10之電荷狀態，但不影響記憶體電容裝置1〇之 電容。因此，本文中所使用之電荷狀態係指一電容器在一 2定時刻實際㈣之電荷量。本文中所使用之電容係指不 官一電容器之電荷狀態如何該電容器能夠保持之每伏庫侖 數目。 在圖2南電容狀態中，移動摻雜劑可係或可非係貫穿材 料16均質地分佈。此外且無論如何，可達成超過_最高及 最低電容狀態或除一最高及最低電容狀態之外之不同可選 擇經程式化電容狀態。無論如何，記憶體電容裝置ι〇特徵 至少部分在於在提供經程式化狀態之動作被移除之後保持 其經程式化電容狀態。 ' 作為一具體實例性電容器裝置1〇，導電電容器電極丨之及 14母一者實質上由具有5奈米之一厚度之元素鉑組成。移 動摻雜劑障壁電介質材料18係具有3奈米之一厚度之 Zr02。半導電材料16係加2與Ti〇2々之一組合且具有4納米 之一總體厚度。在圖1中，區22具有2奈米之一厚度且係具 153808.doc 〇 201203465 有使區22不導電之充分小於5xl〇18氧空位/cm3之Ti〇2。區 2〇具有2奈米之一厚度及使區20導電之充分大於5><1〇18空 位/cm3之一總體平均氧空位密度。在圖2中，區16可被視 為具有足以使整個區16導電之充分大於5xl〇i8空位/cm3之 一總體平均氧空位密度之Ti〇2-x。圖1中之區2〇中之總體平 均氧空位密度大於圖2中之區16中之總體平均氧空位密 度。 結合圖1及2模型之相應電容可表徵為： _ . £ι C = A ———— 其中： c係裝置電容 A係曝露於材料18之電極14之面積。 ει係特徵在於區22之材料16之電容率。 h係材料18之電容率。 ti係區22之厚度。 h係材料18之厚度。 可藉由相對於導電電容器電極12及14施加各別適當差分 電壓來獲得不同經程式化狀態，諸如Strukov等人所闡述。 「找到丢失憶阻器」，自然出版集團，2008年5月1曰，第 453卷’第80-83頁。舉例而言，相依於移動摻雜劑之電 崎’適當正及/或負電壓可施加至導電電極12及14以致使 移動摻雜劑被吸引至導電電極12及14中之一者或被自導電 153808.doc 201203465 電極12及14t之-者排斥出，其中在程式化電壓差被移除 之後保持圖…之該等所繪示實例性程式化狀態。 圖1之記憶體電容裝置10可示意性地建模（m〇deied)為並 聯連接之一電容器。與電阻器R卜儘管障壁電介質材料 18有效地阻止電流在電㈣心之間流動，但障壁電介質 材料18可傳導一極小且可忽略量之茂漏電流。電阻器^表 示此洩漏電流。電容器C 1矣+ 态表不處於圖1經程式化狀態中之 。己隐體電谷裝置10之電容且表示材料16與障壁電介質材料 18之組合電容。圖2之記憶體電容裝置_可示意性地建 模為並聯聯接之—電容器C2與電阻器R2。電阻㈣表干 f於圖2經程式化狀態中之記憶體電容裝置Π)之可忽略茂 露電流，且其可高於或低於^之^。電容器〇表示處於 圖2經程式化狀態中之記憶體電容裝置ι〇之電容，且其大 於圖1之C1。C2表示材料16與障壁電介質材料18之組合 容。 …、响如何’在一個實施例中一記憶體電容裝置包括一對 相對導電電極，例如導電電極12及14。在該等相對導電電 極之間容納至少兩個材料。該等材料中之一者包括一含金 屬結晶半導電物質’其係總體化學計量陽離子缺乏而在一 空間晶格中形成若干移動陽離子空位。在-個實施例中， 含：屬結晶半導電物質係-結晶半導電金屬氧化物物質。 另-材料係與含金屬結晶半導電物質實體觸碰接觸且不讓 移動陽離子空位自該物質移動滲透至該障壁電介質材料中 之-障壁電介質材料。該半導電物質與該障壁電介質材料 153808.doc 201203465 相對於彼此具有不同組成，其特徵至少在於至少一個不同 原子元素。該半導電物質與該障壁電介質材料中之—者比 該半導電物質與該障壁電介質材料中之另一者更靠近該對 電極中之-者。該半導電物質與該障壁電介質材料中之另 -者比該半導電物質與該障壁電介質材針之該—者更靠 近該對電極中之另-者。在此實施例中用於含金屬結晶半 導電物質之實例性材料包含上文針對材料16所閣述之彼等 材料。在此實施例中用於一障壁電介質材料之實例性材料 包含上文針對障壁電介質材料18所闡述之材料。此實施例 中之其他屬性可包含上文關於參照圖⑷所闡述之實例性 實施例所闡述之彼等屬性中之任一者或其等之組合。 本發明之-實施例包含在特徵在於不同電容之°不同靜態 可程式化狀態之間程式化一電容器之一方法。此可包含使 用如上文所闡述之電容器或使用其他電容器。無論如何， 此方法之-實施例包括在兩個導電電容器電極之間施加一 電壓差以致使移動摻雜劑自容納於該兩個導電電容器電極 之間之一半導電物質朝向容納於該兩個導電電容器電極之 間之一移動摻雜劑障壁電介質材料移動，以使電容器之電 容自一較低電容狀態增加至一較高電容狀態。半==物質 與移動摻雜劑障壁電介質材料相對於彼此具有至少特徵= 於至少一個不同原子元素之不同組成。移動摻雜劑障壁電 介質材料因電壓之施加而本質地屏蔽移動摻雜劑以免移動 至移動摻雜劑障壁電介質材料中.實例性移動摻雜劑、半 導電物質/材料及移動摻雜劑電介質材料可如 ^ /*7T 阐 153808.doc 201203465 述。圖1及2繪示此程式化在自圖1之狀態去往圖2之狀態時 之實例。此可藉由施加適當正及/或負電壓至電容器電 極12及14來完成，此致使移動摻雜劑朝向電極14或遠離電 極12而遷移，藉此將經程式化圖1狀態變換為圖2之經程式 化狀態。 在一個實施例中，將一不同電壓差隨後施加於兩個導電 電谷器電極之間以致使移動摻雜劑遠離移動摻雜劑障壁電 W質材料而移動，以減小電容器之電容且藉此將電容器程 式化為該等不同靜態可程式化狀態中之一者。此可（例如） 藉由將圖2狀態程式化回至圖丨（藉由自由圖1產生圖2之彼 極性之極性反轉）或藉由施加某一其他適當差分電壓以達 成所陳述之減小之電容效應來發生。此外，此隨後施加之 電壓差可以或可不將電容器程式化回至緊接在前之電容性 狀態。相應地’程式化為兩個以上電容性狀態可選擇性地 .發生。 本發明之一實施例包含能夠重複地程式化為至少兩個不 同靜態臨限電壓狀態之一場效電晶體裝置。其僅以實例之 方式顯示於關於一場效電晶體裝置3〇之圖3及4中。圖3圖 解性地顯示一實例性最高靜態臨限電壓狀態且圖4圖解性 地顯示一實例性最低靜態臨限電壓狀態。 電晶體裝置30包括一對源極/汲極區32、34、容納於一 對源極/汲極區32、34之間之一通道區36及可操作地接近 通道區36之一閘極構造38。顯示源極/汲極區32、34及通 道區3 6形成於一適當半導電材料38(例如單晶矽）内。至少 153808.doc -13- 201203465 在通道36之區中以至少一筮—十哲 _ Λ ^ 弟或弟二導電性類型摻雜劑適 當地背景摻雜材料38 ’使得可藉由將電壓施加至閘極而在 源極/沒極區32、34之間選擇性地形成—電流路徑。顯示 源極/沒極區32、34作為已以至少―導電性增強摻雜劑適 當地摻雜之導電擴散區’該至少一導電性增強摻雜劑罝有 與通㈣36之導電性類型相反之導電性類型。^ 或其他區（不論存在還是待開發）可與區32、Μ一同= 用及/或用作區32、36、34之一部分。電晶體裝置3〇圖解 性地顯示為一平面或水平電晶體。涵蓋不論存在還是待開 發之任一其他組態，例如不論是在體、絕緣體上半導體還 是其他基板（不論是存在還是待開發）中之製作之垂直凹 入及 FinFet 〇 閘極構造38包括-㈣閘極電極4G。閘極構㈣亦包括 -半導電材料42(其包括容納於一電介質内之移動摻雜劑) 及一移動摻雜劑障壁電介質材料44兩者，其等每一者容納 於導電閘極電極40與通道區36之間。比起導電閘極電極 4〇,移動摻雜劑障壁電介質材料44更靠近通道區刊。比起 通道區36,半導電材料42更靠近導電閘極電極4()。半導電 材料42及障壁電介質材料44相對於彼此具有不同組成，其 可為或可非為至少特徵在於至少一個不同原子元素。 用於導電閘極電極40之實例性材料與用於電極12及14之 上文所闡述之材料相同。實例性半導電材料42(包含性質 及屬f生）可與上文針對記憶體電容裝置1〇之半導電材料b 所闡述之彼等性質及屬性相同。實例性移動摻雜劑障壁電 153808.doc 14 201203465 介質材料44(包含性質及屬性）與上文針對記憶體電容裝置 1 〇之移動摻雜劑障壁電介質材料丨8所闡述之彼等性質及屬 性相同^ 關於各別厚度，半導電材料42及移動摻雜劑障壁電介質 材料44可具有相同或不同厚度。在一個實施例中，移動摻 雜4障壁電介質材料44不厚於材料42。在一個實施例中且 如圖所示，材料42厚於移動摻雜劑障壁電介質材料44。在 個實例中，材料42具有自4奈米至1〇〇奈米之一厚度，且 在一個實施例中具有不大於2〇奈米之一厚度。在一個實施 例中，移動摻雜劑障壁電介質材料44具有自i奈米至以奈 米之-等效氧化物厚度，且在一個實施例中具有不大二 奈米之此一厚度。 作為一具體實例性電晶體裝置3〇,導電閘極電極4〇實, 上由具有5奈米之一厚度之元素始組成。移動摻雜劑障彳 電介質材料44係具有3夺米之一卢择 巧不木之一厗度之Zr〇2。半導電材； 42 係 Ti02 與 Ti02-x 之一钽人
組合，且具有4奈米之一總體J 度。在圖3中，區48具有2卷本+ m * 、有2奈未之一厚度且係具有使區48; 導電之充分小於1 2><1〇丨8氧* 3 乳工位/cm之Τι〇2。區46具有2车」 之一厚度及使區46導電之#八士1Μ8 … 守罨之充分大於5x10丨8空位/cm3之一 έ 體平均氧空位密度。在阁° 整個區42導電之充分大於5)<1〇18空位有足（ 空位密度之Ti〇2 x。圖3中 4體平均| 圖中之區46中之總體平均氧空位密户 大於圖2中之區42中之足/ 位在3 之足以使整個區42導電之 /cm3之總體平均氧空位密度。 工七 •15· 1 2 153808.doc 201203465 結合圖3及4模型之模型各別臨限電壓可表徵為. vr = VFB + 2φΒ + ^2£ψ2(Ρΐ c係閘極面積尸/w2 其中： ντ係裝置臨限電壓 Vfb係平帶電壓 φΒ係通道費爾米能階與本質費爾米能階之雷 〜电位差除以 基本電荷 q係基本電荷 係矽之電容率 Na係通道受體濃度 C係以F/m2為單位之每單位面積之閘極電容 F係法拉 m2係平方米 場效電晶體裝置30可程式化至圖3及4中所示之兩個不同 靜態臨限電壓狀態中之至少一者，此分別類似於關於圖1 及2中之電容器裝置1〇之電容狀態之程式化。例如在圖3 中’半導電材料42之一區46類似於圖1區2〇，且半導電材 料42之一區48類似於圖1區22。同樣的，針對圖4中之場效 電晶體裝置30繪示之程式化狀態類似於圖2中之電容器農 置10之程式化狀怨，且其可如（例如）下文所闡述而達成。 153808.doc -16 - 201203465 本發明之一貫施例包含程式化一場效電晶體裝置（例如 裝置3。或某一其他場效電晶體裝置）之一方法。無論如 何，此-方法包括在一通道區與一閉極電極之間施加一電 壓差以致使容納於該閘極電極與該通道區之間之一材料内 之諸移動摻雜劑朝向該閘極電極或該通道區中之一者移 動，以改變在該所施加電壓差被移除之後保持之場效電晶 體裝置之一靜態臨限電壓。在一個實施例中，施加一電壓 差使諸移動摻雜劑朝向閘極電極移動且增加電晶體裝置之 臨限電壓》此（例如）在程式化圖4之場效電晶體裝置時經顯 示或可考量為達成了圖3之狀態。在__個實施例中，施加 一電壓差使諸移動摻雜劑朝向通道區移動且減小場效電晶 體之臨限電壓。例如關於裝置30，此藉由自圖3之裝置狀 態至圖4之装置狀態之程式化來例示。 可以類似於關於圖1及2針對電容器裝置1〇達成之方式執 灯將場效電晶體裝置30程式化為圖3及4之狀態中之任一 者例如在程式化電晶體裝置30時，可類似於圖2及2中之 电谷器裝置1〇中之導電電極丨2之使用來使用導電閘極電極 4〇。此外，可操作通道區36使得其類似於圖！及2中之電容 益裝置10中之導電電極14之使用來發揮作用。例如，作為 源極/汲極區32 ' 34之間之適當選定電流的結果或藉由直 接施加一電壓至源極/汲極區36(藉由將適當電壓施加至區 36外部之材料38)來將通道區％提供至一適當電壓電位。 此外，可採用超過兩個之多個經程式化臨限電壓狀態。 本發明之實施例亦包含非揮發性記憶體陣列。參照圖 153808.doc •17- 201203465 5，總括地以參照數字5〇指示一實例性非揮發性記憶體陣 列。其包括複數個字線WL及複數個位元線BL。其等顯示 為相對於彼此正交交又之直線。可使用其他形狀及角度之 相交（不論存在還是待開發）。在圖5t將位元線BL及字線 WL圖解性且示意性地顯示為在此交點處彼此觸碰，但其 等相對於所繪示之交點將不歐姆連接。 圖5之非揮發性記憶體陣列中將包含在圖5中未具體指定 之複數個記憶體胞。個別記憶體胞可與一位元線與一字 線WL之每一交點相關聯。另一選擇係（藉由實例之方式）， 一單個位元線可與每一者具有其自己之相關聯字線（例如 在》又计上對應於NAND快閃）之多個記憶體胞相關聯。無論 如何，非揮發性記憶體陣列之個別記憶體胞將包括能夠可 逆地程式化為至少兩個不同靜態臨限電壓狀態之一場效電 晶體裝置。此等場效電晶體裝置可包括如上文結合圖3及4 所闡述之裝置。 具體在一實例中，圖6及7繪示在一非揮發性記憶體陣列 (諸如圖5之非揮發性記憶體陣列）中之場效電晶體裝置儿之 併入且刀別對應於圖3及4之程式化狀態。在由裝置3 〇組 成之一個別記憶體胞中，導電閘極電極4〇將與來自圖5之 子線WL中之一者連接。該對源極/没極區32或34中之一者 將與位元線BL中之一者連接，其中圖6及7中之源極/汲極 區34顯示為如此連接。可施加一電壓電位至不與一個位元 線連接以將個別記憶體胞程式化為（例如）圖6及7所繪示之 至 > 兩個各別程式化狀態中之任一者之相對源極/汲極區 153808.doc •18· 201203465 (即，區32)。將提供用於藉由感測每一記憶體胞之場效電 晶體裝置之經程式化靜態臨限電壓狀態來讀取每一記憶體 胞之經程式化狀態之適當CIRCUITRY。 在一個實施例中且如圖6及7中所示，可提供 CIRCUITRY ’其經組態以使得一電流能夠流動穿過該對源 極/汲極區32、34、通道區36及當一電壓施加至字線WL中 之一者時源極/汲極區34所連接至之位元線Bl中之一者。 在一個實施例中’源極/汲極區34可經由其他記憶體胞中 之一者或多者與一個實例性位元線間接連接。此參照與一 個或夕個5己憶體胞（除圖6及7中所繪示之一個記憶體胞之 外）相關聯之虛影繪示之區塊75圖解性地顯示於圖6及7 中。例如，至一位元線之間接連接可類似於連接至記憶體 胞之一NAND陣列中之一串非揮發性電荷_儲存電晶體之一 單個位元線（例如，如第7,476,588號美國專利中所示）而發 生。 無論如何，在一個實例中，可藉由使用如本文中所闡述 之％效電晶體裝置來構造一非揮發性記憶體陣列，其中閘 極在一定程度上可實質上類似於含有一快閃電晶體之一記 憶體胞之一快閃電晶體程式化。舉例而言，一浮體快閃記 憶體胞藉由經由電荷_儲存轉換臨限電壓而可逆地及靜熊 地保持資料，#中併入有如本文中所闡述之一電晶體之一 記憶體胞能夠藉由改變閘極（其中閘極構成一電容器之一 個電極且通道區構成該電容器之另_電極）之電容來儲存 可逆靜態資料。作為以自由電子之形式儲存之電荷能夠自 153808.doc -19· 201203465 浮動閘極（其中自由電子在一個經程式化狀態中儲存）容易 地驅逐之結果，傳統快閃電晶體遭受干擾問題。併入有如 本文中所闡述之此等裝置之場效電晶體裝置及非揮發性記 憶體陣列可报大程度上對任何干擾問題免疫，乃因若驅 逐’則移動摻雜劑將不像自由電子在快閃中可如此容易地 驅逐那樣可容易地自電晶體驅逐。此外，由於應力誘發之 戈 '属電將相應地並非如本文中所闡述之一記憶體胞中之 資料保持之—問題那樣顯著，因此實例性電介質材料44可 比製作於快閃中之對應隧道電介質製作得薄得多。 按照條例’已使用或多或少關於結構及方法特徵之特定 語言闡述本文中所揭示之標的物。然而，應理解，由於本 文中所揭示之方法包括實例性實施例，因此申請專利範圍 不限於所顯示及所闡述之具體特徵。因此，申請專利範圍 係由字面措辭來提供完整範疇，且根據等效内容之教義適 當地予以解釋。 【圖式簡單說明】 圖1係根據本發明之一實施例’一記憶體電容裝置處於 一個經程式化狀態中之一圖解性剖視圖。 圖2係根據本發明之一實施例’圖1記憶體電容裝置處於 另一經程式化狀態中之一視圖。 圖3係根據本發明之一實施例’一場效電晶體裝置處於 一個經程式化狀態中之一圖解性剖視圖。 圖4係根據本發明之一實施例’圖3場效電晶體裝置處於 另—經程式化狀態中之一視圖。 153808.doc •20- 201203465 圖5係根據本發明之一實施例，一非揮發性記憶體陣列 之一圖解性俯視圖或示意圖。 圖6係根據本發明之一實施例，與圖5中記憶體陣列相關 聯之圖3場效電晶體裝置處於一個經程式化狀態中之一圖 解性剖視圖。 圖7係根據本發明之一實施例，圖6場效電晶體裝置處於 另一經程式化狀態中之一視圖。 【主要元件符號說明】 10 記憶體電容裝置 12 導電電極 14 導電電極 16 材料 18 材料 20 區 22 區 30 場效電晶體裝置 32 源極/汲極區 34 源極/沒極區 36 通道區 38 半導電材料 40 導電閘極電極 42 半導電材料 44 移動摻雜劑障壁電介質材料 46 區 153808.doc -21 - 201203465 48 區 50 實例性非揮發性記憶體陣列 75 虛影繪示之區塊 •22- 153808.doc

Claims (1)

  1. 201203465 七、申請專利範園： 1. 一種記憶體電容裝置，其包括： 一對相對之導電電極；及 包括在一電介質内之若干移動摻雜劑之-半導電材料 障壁電介質材料，其等容納於該對相對 4 ’该半導電材料及該障壁電介質材料 於彼此具有不同組成，其特徵至少在於至少一個不同厚 子70素，該半導電材料及該障壁電介質材料中之 該半導電材料及該障壁電介質材料中之另一者更靠近該 對電極中之-者，該半導電材料及該障壁電介質材料中ζ 之I另者比S亥半導電材料及該障壁電介質材料中之該 一者更靠近該對電極中之另一者。 2.如請求们之裝置，其中該等移動摻雜劑包括一 料中之若干氧原子空位。 3·如請求们之褒置’其中該等移動掺雜劑包括一含氮材 料中之若干氮原子空位。 4·如請求項1之裝置’其中該等移動摻雜劑包括一含氟材 料中之若干氟原子空位。 5·如吻求項1之裝置，其中該等移動摻雜劑包括一含氤材 料中之若干鋁原子填隙。 如叫求項1之裝置’其中其内容納有該等移動摻雜劑之 該電介質包括-氧化物。 月求項6之裝置，其中在一電介質内包括若干移動摻 齊丨之該半導電材料包括呈至少—個經程式化狀態之 153808.doc 201203465 Ti〇2與Ti〇2.x之一組合。 8.如3旁求項1之裝置，其中該移動換雜劑障壁電介質材料 包：：金屬氧化物’且其内容納有該等移動摻雜劑之該 電/1貝包括一金屬氧化物，該移動摻雜劑障壁電介質材 料之該金屬氧化物之—金屬不同於在—電介質内包括从 干移動摻雜劑之該半導電材料之該金屬氧化物之 屬。 ％ 9·如請求们之裝置’其中其内容納有該等移動摻雜劑之 §亥電介質包括一氮化物。 1〇.如請求項9之裝置，其中在一電介質内包括若干移動摻 雜劑之該半導電材料包括呈至少一個經程式化狀態之 A1N與AlNh之一組合。 如請求们之裝置’其中其内容納有該等移動摻雜劑之 該電介質包括一氟化物。 12.如請求項"之裝置，其中在一電介質内包括若干移動摻 雜劑之該半導電材料包括呈至少一個經程式化狀態之 MgF2與MgF2_x之一組合。 如請求们之裝置’其中該移動摻雜劑障壁電介質材料 係均質。 14.如請求項1之裝置 ^ ^「早堃電介質；| 包括 Zr〇2、Si02、Si3N4、GeN及 SrTiO, φ 夕 E ^ 3T <主少一者。 如請求们之裝置，其中在一電介質内包括若干移動揭 雜劑之該半導電材料與該移動摻雜劑障壁電介質材制 此實體觸碰接觸。 153808.doc 201203465 16. 如“項15之裂置，其中除在 摻雜劑之該半t括若干移動 之外，…： 動摻雜劑障壁電介質材料 …、他材料容納於該對相對導電電極之門 17. 如請求項1之梦 包电桠之間。 裝置，其中s亥移動摻雜 不厚於在-電介質内包括若干移動：二；電介質材料 料。 ㈣摻雜劑之該半導電材 18. 如請求項17之裴置， 雜劑之料導電材料厚括若干移動摻 料。 移動6雜劑障壁電介質材 19. 如請求们之裝置，其中在 雜劑之該半導電材;1 #~包括若干移動摻 -如請求項二ΓΓΠ 20奈米之一厚度。 且右术士裝置’其中该移動摻雜劑障壁電介質材料 具有不大於10奈米之一等效氧化物厚度。 材科 21.如清求項！之裝置，其中在一折 _劑之該半導電材料且 貝内包括若干移動摻 千導電材科具有自4奈米至 該移動摻雜劑障壁電介 太…厚度， 等效氧化物厚度，且該移動:雜=奈米至7奈米之- 於在-電介質内包括障壁電介質材料不厚 …求項…置I:移動摻雜劑之該半導電材科。 疋屐置，其令在—八 雜劑之該半導電材料厚 動’質内匕括若干移動摻 料’在-電介質内包括若干I動：雜劑障壁電介質材 目女 移動摻雜劑之該半導雷好社 具有不大於UO奈米之_等 牛導電材枓 雜劑障壁電介質材料星有不大物厚度，且該移動摻 ”一Ρ 貝”具有不大於10奈米之一。 23. —種3己憶體電容裝置，其包括： S 153S08.doc 201203465 一對相對之導電電極； 雷：含金屬之結晶半導電物質，其容納於該對相對導電 電極之間’且其係總體化學計量陽離子缺乏而在_!: 晶格中形成若干移動陽離子空位；及 工間 -障壁電介質材料，其容納於該對相對導電電極之 :，該障壁電介質材料與該含金屬結晶半導電物質實體 ^接觸，且其不讓該等移動陽離子空位自該 ㈣至該障壁電介質材料中，該半導電物質與該障壁ί :丨質材料相對於彼此具有不同組成，其特徵至少在於至 =-個不同原子元素，該半導電物質與該障壁電介質材 料中之者比e亥半導電物質與該障壁電介質材料中之另 —者更靠近該對電極中之一者，該半導電物質與該障壁 電”質材料中之該另—者比該半導電物質與該障壁電介 質材料中之該-者更#近該對電極中之另一者。 24. —種記憶體電容裝置，其包括： 一對相對之導電電極； 兩一結晶半導電金屬氧化物物質，其容納於該對相對導 電電極之間’且其係總體化學計量氧原子缺乏而在—空 間晶格中形成若干移動氧空位；及 一障壁電介質材料，其容納於該對相對導電電極之 :’該障壁電介質材料與該結晶半導電金屬氧化物物質 貫體觸碰接觸’且其不讓該等移動氧空位自該物質移動 渗透至該障壁電介質材料中，該半導電物質與該障壁電 介質材料相對於彼此具有不同組成，其特徵至少在於至 153808.doc 201203465 少-個不同原子元素，該半導電物質與該障壁電 料中之-者比該半導電物質與該障壁電介_ =靠近該對電極中之-者，該半導電物質與該障壁 /材料中之該另一者比該半導電物質與該障壁電介 質材料中之該—者更靠近該對電極巾之另一者。 25. -種在特徵在於不同電容之不同靜態可程式化狀 程式化-電容器之方法，該方法包括：在兩個導電J 斋電極之間施加一電壓差，以致使諸移動摻雜劑自容的 於該兩個導電電容器電極之間之-半導電物質朝向容納 於該兩個導電電容器電極之間之一移動推雜劑障壁 質材料移動，以使該電容器之電容自_較低電容狀離择 加至一較高電容狀態，該半導電物質與該移動摻雜劑^ 壁電介質材料相對於彼此具有不同組成，其特徵至少在 :至/個不同原子元素’該移動摻雜劑障壁電介質材 料因》亥電壓之施加而本質地屏蔽諸移動摻雜劑以免其移 動至該移動摻雜劑障壁電介質材料中。 26.種场效電晶體裝置，能夠重複地程式化為至少兩個不 同靜態臨限電壓狀態，其包括： —對源極/汲極區、該對源極/汲極區之間之一通道 區及可操作地接近該通道區之一閘極構造丨且 該閘極構造包括一導電閘極電極，且包括一在一電介 質内包括若干移動摻雜劑之半導電材料，i包括容納於 ^導電閘極電極與該通道區之間之—移動摻雜劑障壁電 "質材料，比起該導電閘極電極，該移動摻雜劑障壁電 153808.doc 201203465 介質材料更靠近該通道區，比起該通道區，在一電介質 内包括移動摻雜劑之該半導電材料更靠近該導電閘極電 〇 27. —種程式化一場效電晶體裝置之方法’其包括在一通道 區與一閘極電極之間施加一電壓差，以致使容納於該閉 極電極與該通道區之間之一材料内之諸移動摻雜劑朝向 該閘極電極或該通道區中之一者移動，以改變在該所施 加電壓差被移除之後保持之該場效電晶體裝置之一靜態 臨限電壓。 28. —種非揮發性記憶體陣列，其包括： 複數個字線； 複數個位元線； 複數個記憶體胞，該等記憶體胞中之個別者包括能夠 重複地程式化為至少兩個不同靜態臨限電壓狀態之一場 效電晶體裝置，該場效電晶體裝置包括： 一對源極/汲極區、該對源極/汲極區之間之一通道 區’及可操作地接近該通道區之一閘極構造；且 該閘極構造包括一導電閘極電極，且包括一在—電 介質内包括若干移動摻雜劑之半導電材料，且包括容 納於該導電閘極電極與該通道區之間之一移動摻雜劑 障壁電介質材料，比起該導電閘極電極，該移動摻雜 劑*"早壁電介質材汁斗更靠近該通道區，t匕起該通道區， 在電介質内包括若干移動摻雜劑之該半導電材料更 罪近該導電閘極電極； 153808.doc 201203465 該導電閘極電極連接至該等字線中之一者；且 該對源極/汲極區中之一者與該等位元線中之一者連 接。 s 153808.doc
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Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8605488B2 (en) * 2009-06-12 2013-12-10 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Capacitive crossbar arrays
WO2010147588A1 (en) * 2009-06-18 2010-12-23 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Memcapacitor
US8437174B2 (en) 2010-02-15 2013-05-07 Micron Technology, Inc. Memcapacitor devices, field effect transistor devices, non-volatile memory arrays, and methods of programming
US8416609B2 (en) 2010-02-15 2013-04-09 Micron Technology, Inc. Cross-point memory cells, non-volatile memory arrays, methods of reading a memory cell, methods of programming a memory cell, methods of writing to and reading from a memory cell, and computer systems
WO2011123115A1 (en) * 2010-03-31 2011-10-06 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Nanoscale switching device
US8586959B2 (en) * 2010-04-28 2013-11-19 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Memristive switch device
WO2012009010A2 (en) * 2010-07-13 2012-01-19 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Energy storage device with large charge separation
US8634224B2 (en) 2010-08-12 2014-01-21 Micron Technology, Inc. Memory cells, non-volatile memory arrays, methods of operating memory cells, methods of writing to and reading from a memory cell, and methods of programming a memory cell
US8409915B2 (en) 2010-09-20 2013-04-02 Micron Technology, Inc. Methods of forming memory cells
US20130052790A1 (en) * 2011-08-29 2013-02-28 Elpida Memory, Inc. Doping approach of titanium dioxide for dram capacitors
US8536561B2 (en) 2011-10-17 2013-09-17 Micron Technology, Inc. Memory cells and memory cell arrays
DE102012209336A1 (de) * 2012-06-01 2013-12-05 Christian-Albrechts-Universität Zu Kiel EEPROM-Speicherzelle als memristives Bauelement
US9691981B2 (en) 2013-05-22 2017-06-27 Micron Technology, Inc. Memory cell structures
CN103559328B (zh) * 2013-07-02 2017-06-06 华南理工大学 一种忆容器的实现电路及其实现方法
KR102074942B1 (ko) * 2013-07-29 2020-02-10 삼성전자 주식회사 비휘발성 메모리 트랜지스터 및 이를 포함하는 소자
CN105119586A (zh) * 2015-08-27 2015-12-02 华南理工大学 一种基于忆容器的串联谐振电路
US10720504B2 (en) 2015-09-11 2020-07-21 Intel Corporation Transistor with dynamic threshold voltage for low-leakage standby and high speed active mode
KR102461082B1 (ko) * 2015-09-22 2022-11-02 에스케이하이닉스 주식회사 반도체 장치 및 그 제조 방법
JP6602279B2 (ja) * 2016-09-20 2019-11-06 株式会社東芝 メムキャパシタ、ニューロ素子およびニューラルネットワーク装置
US10636552B2 (en) 2017-03-20 2020-04-28 Gwangju Institute Of Science And Technology Multi-function electronic device having memristor and memcapacitor and method for manufacturing the same
KR102013858B1 (ko) 2017-03-20 2019-08-23 광주과학기술원 멤리스터 및 멤커패시터 다기능 전자소자 및 그 제조방법
CN111480201B (zh) * 2018-11-05 2023-10-17 深圳市汇顶科技股份有限公司 忆容器、忆容器的编程方法和容变式存储器
CN110957377B (zh) * 2019-12-16 2021-05-28 南京大学 一种基于mos管的忆容器及其制备方法
US11647684B2 (en) 2021-03-30 2023-05-09 International Business Machines Corporation Nonvolatile tunable capacitive processing unit
CN116600632B (zh) * 2023-07-14 2023-09-12 山东科技大学 一种稳定性忆容器件及其制备方法

Family Cites Families (120)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4094008A (en) * 1976-06-18 1978-06-06 Ncr Corporation Alterable capacitor memory array
US4242736A (en) 1976-10-29 1980-12-30 Massachusetts Institute Of Technology Capacitor memory and methods for reading, writing, and fabricating capacitor memories
DE2855079A1 (de) * 1978-12-20 1980-07-17 Siemens Ag Halbleiter-speicherschaltung
JPS60146916U (ja) 1984-03-09 1985-09-30 シャープ株式会社 磁気ヘツドの取付装置
JPS6410493A (en) 1987-07-02 1989-01-13 Mitsubishi Electric Corp Charge transfer type sense amplifier
US5161121A (en) 1988-06-27 1992-11-03 Oki Electric Industry Co., Ltd. Random access memory including word line clamping circuits
JPH03104285A (ja) * 1989-09-19 1991-05-01 Casio Comput Co Ltd 不揮発性半導体メモリ
JPH03104285U (zh) 1990-02-15 1991-10-29
US5736420A (en) * 1993-08-20 1998-04-07 National Semiconductor Corporation Process for fabricating read only memories, with programming step performed midway through the fabrication process
US6320782B1 (en) * 1996-06-10 2001-11-20 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor memory device and various systems mounting them
WO1999003152A2 (en) 1997-07-08 1999-01-21 Koninklijke Philips Electronics N.V. Semiconductor device with memory capacitor and method of manufacturing such a device
NO309500B1 (no) * 1997-08-15 2001-02-05 Thin Film Electronics Asa Ferroelektrisk databehandlingsinnretning, fremgangsmåter til dens fremstilling og utlesing, samt bruk av samme
US5917744A (en) 1997-12-18 1999-06-29 Siemens Aktiengesellschaft Semiconductor memory having hierarchical bit line architecture with interleaved master bitlines
US6380056B1 (en) * 1998-10-23 2002-04-30 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Lightly nitridation surface for preparing thin-gate oxides
DE19851866C1 (de) * 1998-11-10 2000-03-23 Siemens Ag Speicherzellenanordnung
US6559470B2 (en) 2000-06-22 2003-05-06 Progressed Technologies, Inc. Negative differential resistance field effect transistor (NDR-FET) and circuits using the same
US6518589B2 (en) 2000-06-22 2003-02-11 Progressant Technologies, Inc. Dual mode FET & logic circuit having negative differential resistance mode
US6682969B1 (en) * 2000-08-31 2004-01-27 Micron Technology, Inc. Top electrode in a strongly oxidizing environment
US6317375B1 (en) 2000-08-31 2001-11-13 Hewlett-Packard Company Method and apparatus for reading memory cells of a resistive cross point array
JP3709132B2 (ja) 2000-09-20 2005-10-19 シャープ株式会社 不揮発性半導体記憶装置
JP2002353419A (ja) 2000-12-27 2002-12-06 Seiko Epson Corp 強誘電体メモリ装置
DE60130586T2 (de) 2001-08-13 2008-06-19 Advanced Micro Devices, Inc., Sunnyvale Speicherzelle
US6864529B2 (en) * 2001-08-23 2005-03-08 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Thin film transistor memory device
DE10149737A1 (de) 2001-10-09 2003-04-24 Infineon Technologies Ag Halbleiterspeicher mit sich kreuzenden Wort- und Bitleitungen, an denen magnetoresistive Speicherzellen angeordnet sind
US6878980B2 (en) * 2001-11-23 2005-04-12 Hans Gude Gudesen Ferroelectric or electret memory circuit
US6887792B2 (en) 2002-09-17 2005-05-03 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Embossed mask lithography
US6762481B2 (en) 2002-10-08 2004-07-13 The University Of Houston System Electrically programmable nonvolatile variable capacitor
JP2005101512A (ja) 2002-10-24 2005-04-14 Seiko Epson Corp 強誘電体膜、強誘電体メモリ、圧電素子、半導体素子、液体噴射ヘッド、プリンタ及び強誘電体膜の製造方法
JP3791614B2 (ja) 2002-10-24 2006-06-28 セイコーエプソン株式会社 強誘電体膜、強誘電体メモリ装置、圧電素子、半導体素子、圧電アクチュエータ、液体噴射ヘッド及びプリンタ
JP2004311924A (ja) 2003-03-26 2004-11-04 Seiko Epson Corp 強誘電体キャパシタおよびその製造方法、強誘電体メモリ、圧電素子。
JP2004303293A (ja) * 2003-03-28 2004-10-28 Seiko Epson Corp 強誘電体記憶装置のデータ読み出し方法及び強誘電体記憶装置
US7177135B2 (en) * 2003-09-23 2007-02-13 Samsung Electronics Co., Ltd. On-chip bypass capacitor and method of manufacturing the same
US7009278B2 (en) 2003-11-24 2006-03-07 Sharp Laboratories Of America, Inc. 3d rram
JP4322645B2 (ja) 2003-11-28 2009-09-02 株式会社日立製作所 半導体集積回路装置
US20060171200A1 (en) * 2004-02-06 2006-08-03 Unity Semiconductor Corporation Memory using mixed valence conductive oxides
US7102914B2 (en) * 2004-02-27 2006-09-05 International Business Machines Corporation Gate controlled floating well vertical MOSFET
US6999854B2 (en) 2004-05-28 2006-02-14 International Business Machines Corporation Medical infusion pump capable of learning bolus time patterns and providing bolus alerts
US7110281B1 (en) * 2004-06-08 2006-09-19 Xilinx, Inc. Memory cells utilizing metal-to-metal capacitors to reduce susceptibility to single event upsets
KR100594716B1 (ko) 2004-07-27 2006-06-30 삼성전자주식회사 공동부를 구비한 캡 웨이퍼, 이를 이용한 반도체 칩, 및그 제조방법
US7443710B2 (en) 2004-09-28 2008-10-28 Spansion, Llc Control of memory devices possessing variable resistance characteristics
JP2006133217A (ja) * 2004-10-05 2006-05-25 Seiko Epson Corp 静電容量検出装置及びスマートカード
US8344410B2 (en) 2004-10-14 2013-01-01 Daktronics, Inc. Flexible pixel element and signal distribution means
KR100593750B1 (ko) 2004-11-10 2006-06-28 삼성전자주식회사 이성분계 금속 산화막을 데이터 저장 물질막으로 채택하는교차점 비휘발성 기억소자 및 그 제조방법
US7272060B1 (en) 2004-12-01 2007-09-18 Spansion Llc Method, system, and circuit for performing a memory related operation
JP2006176366A (ja) 2004-12-22 2006-07-06 Fujitsu Ltd 強誘電体材料、その製造方法及び強誘電体メモリ
US7482223B2 (en) 2004-12-22 2009-01-27 Sandisk Corporation Multi-thickness dielectric for semiconductor memory
US7365382B2 (en) 2005-02-28 2008-04-29 Infineon Technologies Ag Semiconductor memory having charge trapping memory cells and fabrication method thereof
JP2006245280A (ja) * 2005-03-03 2006-09-14 Matsushita Electric Ind Co Ltd 電界効果トランジスタ及びその動作方法
US7812404B2 (en) 2005-05-09 2010-10-12 Sandisk 3D Llc Nonvolatile memory cell comprising a diode and a resistance-switching material
US7426128B2 (en) 2005-07-11 2008-09-16 Sandisk 3D Llc Switchable resistive memory with opposite polarity write pulses
JP4231502B2 (ja) 2005-11-02 2009-03-04 シャープ株式会社 クロスポイント構造の半導体記憶装置
US7599217B2 (en) 2005-11-22 2009-10-06 Macronix International Co., Ltd. Memory cell device and manufacturing method
JP2006093736A (ja) * 2005-11-25 2006-04-06 Nec Corp 電子素子およびこの電子素子を用いた記録方法
US7209384B1 (en) * 2005-12-08 2007-04-24 Juhan Kim Planar capacitor memory cell and its applications
US7449354B2 (en) 2006-01-05 2008-11-11 Fairchild Semiconductor Corporation Trench-gated FET for power device with active gate trenches and gate runner trench utilizing one-mask etch
US7423906B2 (en) 2006-03-14 2008-09-09 Infineon Technologies Ag Integrated circuit having a memory cell
US20080048186A1 (en) * 2006-03-30 2008-02-28 International Business Machines Corporation Design Structures Incorporating Semiconductor Device Structures with Self-Aligned Doped Regions
TWI462099B (zh) 2006-03-31 2014-11-21 Sandisk 3D Llc 非揮發性記憶體單元、整體三維記憶體陣列及用於程式化所述記憶體陣列之方法
US20070231972A1 (en) 2006-04-03 2007-10-04 Mouttet Blaise L Manufacture of programmable crossbar signal processor
US7576565B2 (en) 2006-04-03 2009-08-18 Blaise Laurent Mouttet Crossbar waveform driver circuit
US7609086B2 (en) 2006-04-03 2009-10-27 Blaise Laurent Mouttet Crossbar control circuit
US7902867B2 (en) 2006-04-03 2011-03-08 Blaise Laurent Mouttet Memristor crossbar neural interface
US7302513B2 (en) 2006-04-03 2007-11-27 Blaise Laurent Mouttet Programmable crossbar signal processor
US7755424B2 (en) 2006-04-03 2010-07-13 Blaise Laurent Mouttet Operational amplifier with resistance switch crossbar feedback
US7564262B2 (en) 2006-04-03 2009-07-21 Blaise Laurent Mouttet Crossbar comparator
US8183554B2 (en) 2006-04-03 2012-05-22 Blaise Laurent Mouttet Symmetrical programmable memresistor crossbar structure
KR101206034B1 (ko) * 2006-05-19 2012-11-28 삼성전자주식회사 산소결핍 금속산화물을 이용한 비휘발성 메모리 소자 및 그제조방법
US7696506B2 (en) 2006-06-27 2010-04-13 Macronix International Co., Ltd. Memory cell with memory material insulation and manufacturing method
US7569459B2 (en) 2006-06-30 2009-08-04 International Business Machines Corporation Nonvolatile programmable resistor memory cell
US7435648B2 (en) 2006-07-26 2008-10-14 Macronix International Co., Ltd. Methods of trench and contact formation in memory cells
US8766224B2 (en) * 2006-10-03 2014-07-01 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Electrically actuated switch
US7778063B2 (en) * 2006-11-08 2010-08-17 Symetrix Corporation Non-volatile resistance switching memories and methods of making same
US7703505B2 (en) * 2006-11-24 2010-04-27 Dana Canada Corporation Multifluid two-dimensional heat exchanger
US7723771B2 (en) 2007-03-30 2010-05-25 Qimonda Ag Zirconium oxide based capacitor and process to manufacture the same
JP5422552B2 (ja) 2007-05-09 2014-02-19 インターモレキュラー， インコーポレイテッド 抵抗性スイッチング不揮発性メモリ要素
TWI402980B (zh) * 2007-07-20 2013-07-21 Macronix Int Co Ltd 具有緩衝層之電阻式記憶結構
JP5634002B2 (ja) 2007-07-25 2014-12-03 ピーエスフォー ルクスコ エスエイアールエルＰＳ４ Ｌｕｘｃｏ Ｓ．ａ．ｒ．ｌ． 相変化型不揮発性メモリ及び半導体装置
WO2009015298A2 (en) 2007-07-25 2009-01-29 Intermolecular, Inc. Nonvolatile memory elements
KR101358752B1 (ko) 2007-08-06 2014-02-06 삼성전자주식회사 비휘발성 메모리 장치, 그것을 포함하는 메모리 시스템 및그것의 프로그램 방법
US7626878B1 (en) 2007-08-14 2009-12-01 Nvidia Corporation Active bit line charge keeper
WO2009041041A1 (ja) 2007-09-28 2009-04-02 Panasonic Corporation 不揮発性記憶素子及び不揮発性半導体記憶装置、並びにそれらの読み出し方法及び書き込み方法
JP5172269B2 (ja) 2007-10-17 2013-03-27 株式会社東芝 不揮発性半導体記憶装置
US8405124B2 (en) 2008-01-09 2013-03-26 International Business Machines Corporation Logic element, and integrated circuit or field programmable gate array
US7742324B2 (en) 2008-02-19 2010-06-22 Micron Technology, Inc. Systems and devices including local data lines and methods of using, making, and operating the same
US8183553B2 (en) 2009-04-10 2012-05-22 Intermolecular, Inc. Resistive switching memory element including doped silicon electrode
JP4719233B2 (ja) 2008-03-11 2011-07-06 株式会社東芝 不揮発性半導体記憶装置
US8134865B2 (en) 2008-05-06 2012-03-13 Macronix International Co., Ltd. Operating method of electrical pulse voltage for RRAM application
US7977722B2 (en) * 2008-05-20 2011-07-12 Seagate Technology Llc Non-volatile memory with programmable capacitance
WO2009141857A1 (ja) 2008-05-22 2009-11-26 パナソニック株式会社 抵抗変化型不揮発性記憶装置
WO2010000020A1 (en) 2008-06-30 2010-01-07 Cathrx Ltd A catheter
US20100034010A1 (en) 2008-08-06 2010-02-11 Seagate Technology Llc Memory devices with concentrated electrical fields
US7969771B2 (en) 2008-09-30 2011-06-28 Seagate Technology Llc Semiconductor device with thermally coupled phase change layers
JP5645837B2 (ja) 2008-10-29 2014-12-24 ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル．ピー．Ｈｅｗｌｅｔｔ‐Ｐａｃｋａｒｄ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ Ｃｏｍｐａｎｙ， Ｌ．Ｐ． 電気的に作動するデバイス及びそのデバイスにおけるドーパントの形成を制御する方法
US8547727B2 (en) 2008-12-12 2013-10-01 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Memristive device
US8614432B2 (en) 2009-01-15 2013-12-24 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Crystalline silicon-based memristive device with multiple mobile dopant species
US7983065B2 (en) 2009-04-08 2011-07-19 Sandisk 3D Llc Three-dimensional array of re-programmable non-volatile memory elements having vertical bit lines
US8605488B2 (en) 2009-06-12 2013-12-10 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Capacitive crossbar arrays
US7989902B2 (en) 2009-06-18 2011-08-02 International Business Machines Corporation Scavenging metal stack for a high-k gate dielectric
WO2010147588A1 (en) * 2009-06-18 2010-12-23 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Memcapacitor
CN102648528B (zh) 2009-06-25 2016-02-17 惠普开发有限公司 具有带有不同开关阈值的本征二极管的可开关结
US7927947B2 (en) * 2009-06-30 2011-04-19 Intermolecular, Inc. Methods for depositing high-K dielectrics
CN102484129B (zh) 2009-07-10 2015-07-15 惠普发展公司，有限责任合伙企业 具有本征整流器的忆阻结
US8575585B2 (en) 2009-07-13 2013-11-05 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Memristive device
US8493138B2 (en) * 2009-08-26 2013-07-23 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Memcapacitive devices
US8199556B2 (en) 2009-09-22 2012-06-12 Micron Technology, Inc. Methods of reading and using memory cells
US8249838B2 (en) 2009-11-17 2012-08-21 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Air Force Method and apparatus for modeling memristor devices
US8223539B2 (en) 2010-01-26 2012-07-17 Micron Technology, Inc. GCIB-treated resistive device
US9184213B2 (en) 2010-01-29 2015-11-10 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Nanoscale switching device
US8416609B2 (en) 2010-02-15 2013-04-09 Micron Technology, Inc. Cross-point memory cells, non-volatile memory arrays, methods of reading a memory cell, methods of programming a memory cell, methods of writing to and reading from a memory cell, and computer systems
US8437174B2 (en) 2010-02-15 2013-05-07 Micron Technology, Inc. Memcapacitor devices, field effect transistor devices, non-volatile memory arrays, and methods of programming
JP2011204852A (ja) * 2010-03-25 2011-10-13 Elpida Memory Inc キャパシタおよびその製造方法、半導体装置
US8427859B2 (en) 2010-04-22 2013-04-23 Micron Technology, Inc. Arrays of vertically stacked tiers of non-volatile cross point memory cells, methods of forming arrays of vertically stacked tiers of non-volatile cross point memory cells, and methods of reading a data value stored by an array of vertically stacked tiers of non-volatile cross point memory cells
US8586959B2 (en) 2010-04-28 2013-11-19 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Memristive switch device
US8634224B2 (en) 2010-08-12 2014-01-21 Micron Technology, Inc. Memory cells, non-volatile memory arrays, methods of operating memory cells, methods of writing to and reading from a memory cell, and methods of programming a memory cell
US8619457B2 (en) 2010-09-13 2013-12-31 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Three-device non-volatile memory cell
EP2617077A1 (en) 2010-09-16 2013-07-24 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Nanoscale switching device
US20120104346A1 (en) 2010-10-29 2012-05-03 Wei Yi Semiconductor device for providing heat management
CN103262414B (zh) 2010-11-19 2016-03-02 惠普发展公司，有限责任合伙企业 用于切换阵列中的忆阻器件的方法和电路
US20130082229A1 (en) 2011-09-30 2013-04-04 Industrial Technology Research Institute Mixed ionic-electronic conduction memory cell
US8872246B1 (en) 2012-01-26 2014-10-28 Sandia Corporation Memristor using a transition metal nitride insulator

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SG183193A1 (en) 2012-09-27

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Zhirnov et al. Scaling limits of resistive memories
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Beniakar et al. A modeling of the retention characteristics of non-volatile memories embedded with metallic nanoparticles