TWI355661B - Method for using a variable-resistance material as - Google Patents

Description

1355661 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種材料之初始化方法，其電阻值根據所施加 之電脈衝的極性而改變（可變電阻材料）、一種使用可變電阻材料 =成之記，It體裝置、及—種使用電阻健據所施加之脈衝電壓 jll而改憂之可變電阻II所形成的非依電性記憶體電路之初 化方法。 【先前技術】 ，年來’隨著電子裝置之數位技術的發展，為了儲存資 增加固態記憶體裝置之容量與資料傳送速度 4而7^32 t了滿足此種需求，例如’如美國專利案第 料（編電阻值根據所施加之電脈衝而改變的材 :〇3(PCMO)'^^ ί 置。這些材料（在此之後，將其稱為「可 i據電脈衝之極性而增域減小的電阻值。在 的極料;施加之電脈衝 之時，並益法心· 在形成可變電阻材料之薄膜 衝時，是脈 i二二即使施加電脈衝時，仍無法達到 之記憶體:又，使用這種可變電阻材料 例如：ί:;，由；儲存資料， 度的需求已逐漸增加。又，裝置之谷量與資料傳送速 功率、降低寫入，讀取時4 的容量、降低寫入 更長之舞中的需求已逐漸增大。 部言，其:利用在半導體電晶體之間 記憶體裝置。心為各種數位相機與個人電腦的外部 /刪::二=以，點，例如高寫入電壓、長寫入 小化）等等。難以增大容量（由於裝置的微 ，也進行新式非依電性；各，，點’故目前已 成半導體記_MR)材料（_形 而，這記憶體裝置仍ijt上』m'形成半導體記憶體等等。然 並無-種暫的可重寫壽命㈣。目前， 又，休斯頓體裝置之所有要求。 記錄方法已取出—種可解決上述缺點的新式 改變（美國i利案第6 的電阻值根據脈衝電1而 法造成記丨鎌裝置之鱗敎性ϊ生產社，此種方 【發明内容】 該可供—種材料（可變電阻材料）之初始化方法， /減小;該以艮ΐ所施加之-電脈衝的極性而增大 衝不同極“電；其於受施加—與最初施加之電脈 於該可變電阻材^ _二^阻值增大。該初始化方法係在連接 衝施加至少—欠，第二電極之間，以—第—極性之電脈 高於第二電極ΐ電:弟一極性之電脈衝中，第一電極之電位 複地第一極性的電脈衝重 /、弟一電極之間，直到該可變電阻材料之電阻 1355661 值，率小於―預定值為止。 電極之間:直到^變重複地施加在該第-與第二 為止;其後，以具阻值的變化率小於-預定值 阻材料的第-與第二電極之間至少:;衝5在：於;可變電 於第二電極之電位。 _ 人而弟一電極之電位係低 電極3為直重複地施加在該第-與第二 為止。幻釘交電阻材科之電阻值的變化率小於-預定值 根據本發明’提供—種記紐 大，減小的-材料= 最初施加之電脈衝相同極性的電脈衝時，電阻 電ii增乂文初!，加”脈衝不同極性的電脈衝時， 苴中，^第-賴-^電阻盗’―端與該第—或第二電極連接。 八在第第一電極之間施加用以記錄之一電脈衝。 & ^述記憶體裝置之巾，較佳為，基於第—與第二電極之間 的-電壓，㈣壓係以—預定之賴施加在未連接於固^電^ 之-端及固定電阻器之另一端的第一與第二電極之其中 而獲得’而讀取記憶體資訊。 曰 在上述記憶體裝置之中，較佳為，基於固定電阻器兩端之 的-電壓’該賴係以―預定之賴施加在未連接於固定電阻器 之一端及固定電阻器之另一端的第一與第二電極之其中一個之& 而獲得，而讀取記憶體資訊。 、s 在上述S己憶體裝置之中，較佳為，藉由前述之初始化方法 先初始化可變電阻材料。 將用以初始化之電脈衝，其具有預定之極性，施加在其電阻 值隨著電脈衝而改變的材料至少一次。因此，藉由對受初始化之 可變電阻材料施加具有與初始化電脈衝相同之極性的電脈衝係可 1355661 且藉由對受初始化之可變電阻材料施加具有與 初始m ίΐ性的電脈衝則可增大材料之電阻。在此種 广/且右二2藉由選擇與初始化電脈衝相同或相反之極性且 選擇之極性的電脈衝係可將可變電阻材料的 電阻ίίΞΓΐ電ί材料形成裝置之情況中，裝置係包括由可變 定電 ⑽申哪連接其中’在可變電阻材料的兩端之 之狀能;電3衝’且在可變電阻器之兩端設置讀取記錄 的電極。藉由此種結構，裝置可具有記憶體裝置之功 合改ί的^由可變電阻材料所構成之電阻部與電阻值不 以間施加記錄所需之電脈衝，且在固定電 置可具有記'ΐ體ΐ置itt狀態所需的電極。藉由此種結構，裳 記憶體電 第二端 路伟SJiiL提供一種記憶體電路的初始化方法，π 糸匕括苐-與苐二可變電阻器，其等在一第一端 — 電 脈3呈;於，加與最初施加之電脈衝相同極“ =衡時電阻值減小；於受施加與最 可變 _係=== 0且具有根據施加在第一端子斑第=姓·^ pq 6//、 值;第=變== 端子之間的-脈衝電而壓之樹生而增端，與第二 用的初始狀態時义有⑽r 二極性的第二脈衝電壓施加在第三端子與第二端子==二第 1355661 ，；及⑻在步驟⑷之中施加脈衝電壓之後，以具有 =施 相反之極性的第三脈衝電壓施加在第-端 之以局部及第三端子與第二端子之間的-局部 可變之^产阻值根據電脈衝而改變的兩個 ^電阻$呈㈣連接，且對這兩個可變雜^施加具有相 相士之極性的脈衝電壓，藉以減小可變電阻器之電阻值 二 對這兩個可變電阻器的任—個施加具有與練的脈衝賴相反之 極性的脈衝電壓，藉以增大可變電阻器之電阻值。依此方 Γΐϊ::。電阻器的電阻值初始化成兩種狀態，即低值(-) 在發明之初始化方法加以初始化的非依電性記憶 j官可?"成解決習知非依電性記憶體裝置的各種缺點，例如過 較大的ίίτ由jj的可重寫壽命、難以具有 考符號了以·本發明。在圖示中，相似的參 【實施方式】 k 式，俾制本發明之實施例。吾人齡意到：圖 式之件係以類似的標號加以表示，故免於重覆說明。 I貫施例1) <可變電阻材料之成分> 材之可變電輯料為具有倾礦結構之氧化物CMR :才枓、或具有鈣鈦礦結構之高溫超 r^Mn〇3 (PCMO) > LaSrMn〇3 ^ GdBaC〇x0y ## 0 ffl i ΐ ρ t電5 ί由^在反4之上形成可變電阻材料2(在此 為Pr〇Ca』n〇3)之薄膜而具有約〇 8_的厚度。形成各且有 .Μ之厚度的Pt膜而作為可變電阻材料薄膜2所需的上電極工 與下電極3。 =變電阻材料之第—種初始化方法〉 P11，俾使上1與3之間施加圖2所示的電脈衝 示，在施加電脈衝P11之度為。如圖3所 始值^減小至R 電f材料薄膜2的電阻值從初 „ J σ人應，主意到：在圖3中’符號「+丨代夹： 電：)，且以「使電？上變成正(電極1的電位係高於電極3的 】丄=於=的：之電脈衝一^ 可變; 欠數之後’電阻值的減小量係變成飽和（電阻值的ΐ 以變成小於預定值），且電阻值實質不會小於最小值 P21 使上t極1、交成負（電極i的電位係低於電極3的 因此^可變電阻材料薄膜2的電阻值從Rmin增大至r21。 藉由進-步施加電脈衝而使上電極丨變成負，則 料薄膜2的電阻值將持續增大。然而，在施加之次數】= 數之後’電阻值的增大量係變成飽和（電阻值的變 成二 預定值)，且電阻值實質不會大於最大值I。 文成小於 之後，藉由施加脈衝使上電極！變成正（「+」）係可 阻材料薄膜2的電阻值在Rmax與Rmin之間的範圍之内減小= 加脈衝使上電極1變成負（「_」）係可使可變電阻材料薄9二 阻值在Rmax與Rmin之間的範圍之内增大。 、 1355661 <可變電阻材料之第二種初始化方法> 所示圖1所示之同一方法所製備的另-樣本施加圖4 砒衛pi沾、衝/31而使上電極1變成正。脈衝P31的電壓為_10V。 後，可變。如圖5所示，在施加電脈衝P31之 — 材科薄胰2的電阻值從初始值Rini減小至心。 使可變Ϊ阻相同之極性的電脈衝P32 (如圖4) ’俾能 膜2的電阻值進一步從R3i減小至心(如圖5)。 數次具有與脈衝P31與P32相同之極性的電脈衝，俾 ，，材料薄膜2的電阻值進一步減小。然而，在施加之 之後’電阻值的減小量係變成飽和，且電阻值 實負不會小於最小值(如圖5)。 雷搞H、在電極1與3之間施加圖4所示的電脈衝P41而使上 心。交成正。因此’可變電阻材料薄膜2的電阻值從^增大至 =步施加電脈衝而使上電極1變成正，則可變電阻材 Ϊίί Ϊ電阻值將持續增大。然而，在施加之次數超過特定次 iiL值的增大量係變成餘和，且電阻值實質不會大於最 ，藉由施加脈衝使上電極1變成負（「-」）係可使可變雷 士 的電阻值在1與^之間的範圍之内減小及藉由施 口，使上電極1變成正（「+」）係可使可變電阻材二if 3 阻值在Rraax與Rmin之間的範圍之内增大。 、 <可變電阻材料之第三種初始化方法〉 首，’在圖1所示的電極i與3之間施加圖6所示的電 ^而^上電極1變成正（電極1的電位係高於電極3的電位）。 脈衝=51的電壓為4V。脈衝P51的脈衝寬度為1〇〇ms。如圖 始值Rini減小至R51。吾人應注意到：在圖7中，符號「+ 所施加之電脈衝使電極丨變成正（電極丨的電位係高於電」極3的 ί位符號「-」代表：所施加之電脈衝使電極1變成倉r雷 極1的，位係低於電極3的電位）。 认員（電 6)，1與3之間施加相同之極性的電脈衝P52 (如圖 (如圖7匕)電阻材料薄膜2的電阻值從&進一步減小至R52 她加複數次具有與脈衝p51與p52相同之極 能使可變電阻材料薄膜2的雷 们職衝俾 變ίίίϊΤί後，電阻值的減小量係變成飽和（電阻值的 率支成小於預定值），且電阻值實質不會小於最小值L (如

Pin : if /所示的電極1與3之間施加圖6所示的電脈衝 0 ,, ^ °變成負（電極1的電位係低於電極3的電位）。 因此拉可變電阻材料薄膜2的電阻值從L立曾大至r61。 步施加電脈衝而使上電極1變成負，則可變電阻材 數之德雷值將持續增大。然而，在施加之次數超過特定次 日t 大量健雜和（電喊_鱗變成小於 預疋值）’且電阻值實f不會大於最大值R㈣。 阻材^膜===巧==+」)係可使可變電 , t值在匕紅與1^11之間的fe圍之内減小及藉由施 阻值'在p 變成負（「-」）係可使可變電阻材料薄膜2的電 阻值在Rnax與^„之間的範圍之内增大。 <可變電阻材料之第四種初始化方法> 所示圖1所示之同—方法所製備的另—樣本施加圖8 航衛P71 女而使上電極1變成負。脈衝P71的電壓為-4V。 2德可C衝寬度為1GGmS。如圖9所示，在施加電脈衝P71 4接阻材料薄膜2的電阻值從初始值^減小至^。 你άΓ作ί^樣本施加相同之極性的電脈衝1"72 (如圖§)，俾能 ί Γ 薄膜2的電阻值從R71進一步減小至R“如圖9 )。 σ硬數次具有與脈衝p71與p72相同之極性的電脈衝，俾 1355661 能使可變電阻材料薄膜2的電阻值進一步減小。然而， 次數超過特定次數之後，電阻值賊小量係魏飽和 = 實質不會小於最小值Rnin (如圖9)。 且電阻值 接著’在電極1與3之間施加圖8所示的電脈衝p8l蚀 電極1變成正。因此，可變電阻材料_ 2的電阻值從^增大至

Rsi 0 曰 藉由進一步施加電脈衝而使上電極丨變成正， =2，阻值將持續增大。然而，在施加之次 ，電阻值的增大量係變成飽和，且電阻值實質不會大於最 由施加脈衝使上電極1變成負（「—」）係可使可變電 薄膜2的電阻值在1與Rmin之間的範圍之内減小^藉由施 加脈衝使上電極丨變成正（「+」）係可使可變電阻材料薄膜2曰 阻值在Rmax與Rmin之間的範圍之内增大。 、 〈可變電阻材料之第五種初始化方法> 而使與3之間施加圖10所示的電壓· Ρ91 π (電的電位係高於電極3的電位）。電壓 Ρ91 $+1. 6V。持續施加電壓m達2小時。可變電阻材 主電且值將隨著時間的經過而從初始值L逐漸 、一 代表.所施加之電壓使電極丨變成正。 〜」

心i經過蚊時間點之後’電阻值賊小量將變輪和（雷阻 (如^iit編、於預定值）’且電阻值實f不會小於最小值L plolt 上在電 之間施加圖12 所示的電脈衝 =使上電極1變成負（電極i的電位係低於電極 :=1帽為_lov。脈衝_的脈衝寬度為_。可變電 阻材枓_2的電阻值從Rrain增大至Rm (如圖13)。 T支電 藉由進一步施加電脈衝而使上電極1變成負，則可變電阻材 12 1355661 2的電阻值將持續增大。然而，在施加之 數之後，雜值的敎難變和（電_ ^次 預定值)，且電阻值實質不會大於最大值R_。W化W成小於 之後，藉由施加脈衝使上電極丨變成正（「） 阻材料薄膜2的電_在^與^之間的範圍之内減；^=電 加脈衝使上電極1變成負（「-」）係可使可變電阻材^薄 阻值在Rraax與Rmin之間的範圍之内增大❶ 、的電 <可變電阻材料之第六種初始化方法> 首先，在圖1所示的電極1與3之間施加圖14所示 而使上電極1變成負（電極！的電位係低於電極3的 j2l P121為-1. 6V。持續施加電壓P12m 2小時。可變 j模 2_的電阻值將隨著時間的經過而從初始值l逐 ;

:時間與電阻值的相依關係。吾人應注意到：在圖15中，=「顯 代表：所施加之電壓使電極1變成負。 付成-J 在經過特定時間點之後，電阻值的減小量 變成小於預定值），且電阻值實質不&於t(值t 脈衝P131的電壓為1GV。脈衝⑽的脈衝寬度為i ^電=。 所不’可變電阻材料薄膜2的電阻值從L增大至心丨。口圖17 藉由進-步施加電脈衝而使上電極丨變成正 ，薄膜2的電阻值將持續增大。然而，在施加之次 大3 ’電阻值的增大量係變成飽和，且電阻值實質不會大二Ϊ 之後’藉由施加脈衝使上電極1變成負) 阻材料薄膜2的電阻值在曝電 加脈衝使靡1變成正(「+」)係可使可變 二22 阻值在Rmax與Rmin之間的範圍之内增大。 不卄溥Μ 2的電 13 1355661 恤=方波如。然而， 19A至圖19〇仍可達到本發明之⑽、圖18C、與圖 <效果 > 述政果。 在實施例1之中所使用的可 初始狀態之可變電阻材料薄臈2(材^^之中，在處於 施加第-電脈衝時，的電極1與3之間 在電極1與3之間施加具有與首务 2阻炅心咸小。接者， 脈衝時，可變電阻材料薄膜2的電係減:衝極性的電 間施加具有與首先施加之電脈衝相反 阻材料薄膜2的電阻值係掸大。田士 ，自2電脈衝時，可變電 膜2所施加之第一電脈衝的極匕定㈣ 阻值係減小。當後續施加之電脈=極 保有可變電阻材料之電阻值的特性形成 f 了利用可 ^=性_•唯，=== 唯一地決定出記錄所需之使電阻值增二 (實施例2) R0，其電阻不會改變、及由可魏阻材料所構成 (如圖1) ’其與固定電阻器R0呈串聯連接。使圖$之端點6連 14 1355661 接於=ίΙΞ I1所ί圖20 -之端點7連接於圖1之電極3。 電^ 之第二種初始化方法初始化記丨音體穿置< 萆阻态R1。在此情況中，在端6盥 G‘體羔置之 端點6相對於端點7為正衮電㈣、。的3 =加電脈衝而使 7之間施加電脈衝而使電:二 态R1的電阻值係減小。 丁心點7為負時，電阻 接著，在端點6與端點7之間施 5成正的電脈衝。各脈衝a、b及c具有5V之大^對於=7 重设脈衝r為使端點6相對於端點7變成負 =之，又。 具有-續之大小及5Gns之寬度脈衝。重設脈衝I* 21所示的脈衝a、脈衝b、脈衝c及脈衝之間施加如圖 的電脈衝時，電阻器R1之電阻值传 =d)之順序 rl〇srll—rl2—rn—Hn係士圖22所不般地變化，即 保持具有個別電阻值之電阻的脈衝，否則皆可 電性記憶體裝置般地操作。‘ 圖20之裝置係如非依 二==，7=^點5施加電壓

Vl=EccxRl/ (R〇+Ri)。 不成 端點6處的輸出電壓VI如圖2]张-.,+ 四個不同的輸出值vlO、vll、vl2 了。在此情況中，能夠使 01、10及U結合。由於必須保別與二進位數字00、 將電壓Ecc設定為1.5V。 、1取操作之中的記憶之狀態，故 吾人應注意到：雖然實施例2已 作的例子，但記憶體裝置亦可如 ° 體政置之2位元操 之裝置般地操作。 位711之裝置或3或更多位元 (實施例3) 圖24顯示使用實施例1所述之 裝置的特定之結構的另-例子。材料所形成之記憶體 圃Μ所不的記憶體裝置係包括固 ίίΐΊΐ不會改變、及由可變電阻材料所構成之電阻 f (如圖D，其與固定電阻器R0呈串聯連接。使圖阻 連=1之電極1。使圖24之端點9二端點 電阻器R2。在此情況中，在航“山方法初始化記憶體袈置之 9 椒，“===== 器^脈衝峨賴8相躲端則较時，: 接著，在端點8與端點9之間施加如圖21 ==圖21所示’脈衝a、b及c為使端點8相：斤二的 變成正的電脈衝。各脈衝心1)及(：具有5 ϊ™； ίΐ iT5〇8 "aT'Si 9 *^ . tR2 25(；4;;;b - ^

Sr^rr?2^r23^r2° ° ^ ^

保持具有個別電阻值之電阻的狀態。因 ，白J 電性記憶«置般喃作。 旧4 H係如非依 在，取記憶之狀態時，使端點1〇接地而對端點8施 Ecc，則可讀取端點9處的電壓V2，其可表示成： 电全 V2=EccxR0/ (R0+R2)° 端點9處的輸出電壓V2如圖26所示。在此情 ^固不同的輸出值v20、v21、v22及v23分別與二進位數= 使 ^、10及11結合。由於必須保持讀取操作之中的記憶 將電壓Ecc設定為1.5V。 …、 吾人應注意到：雖然實施例3已揭露記憶體裝置之2位元 作的例子，但記憶體裝置亦可如同i位元之裝置或 之褒置般地操作。 (實施例4) 16 圖27顯示記憶體單元電路之結構的例子，其中使電阻 電脈衝的極性而改變之可變電阻器1〇1與逝呈串聯x ί啼可變電阻器的兩端為電源端1〇4與105、及在呈串聯連接之可 邊電阻器的中點設置輪入/輸出端103。 氣άτΐΐ所ί之例子中’使用Pr〇.7Ca°.3Mn〇3 (PCM0)的CMR材料作 所電！^器1〇1與102的材料。如美國專利案第6, 204,咖號 日鐵路，CM〇材料具有隨著所施加之脈衝數目而改變之電阻值^ s ^匕的方向（增大或減小）根據所施加之電壓的極性而異。麸 專利案第6, 2G4,139號並未揭露_材料之電阻值的i 明Λ檢查：對藉由在加熱至700°C的基板之上賤鑛 ' 材料薄膜施加具有不同之極性的脈衝電壓時，電阻變 之數目的相依關係，且研究：具有本發明之結構ίίί 電阻器之電阻值的初始化方法’其中兩個可^ 27之各可變電阻器101與102具有® 28A所示的結構。各 與撤係包括基板112、形成覆蓋在基板112焉之士 ,下電極114、形成在下電極114之上的pcM〇材料薄 =職侧膜ln之上的上電極113。圖‘ ί ί後，在PCM0材料薄膜111的表面之上首先施加來自 ，源115之負極性（_2V)的脈衝電壓時’所產生之電阻變化的情

Li if注意到：在上電極113與下電極114之間施加脈衝電 , 電極113變成負係定義成施加負極性之脈衝電壓，在上 電極113與下電極114之間施加脈衝電壓而使上電極113變成正 = 加正極性之脈衝雜。如圖28β所示，雖然p⑽材料 顏111最初具有約30ki}❾高電阻值，但隨著所施加之負極性 數目增加，電阻值係逐漸減^詳言之，在⑽個脈衝之 t電阻值減小至約100Ω。之後，施加具有相反之（正）極性的 電愿，俾能使電阻值逐漸增大。電阻值在第39個脈衝時 曰大至9kQ。接著，再次使極性相反，即施加負極性之_2V的脈 17 1355661 衝電壓，俾能使電阻值因而再次減小。在此種初始化之後 ，可唯 一地決定所施加之脈衝電壓的極性與電阻值之增大/減小之間的 關係。例如，在初始化之後，對可變電阻器施加正脈衝電壓時， 將，了變倾㈣電喊增大，反之，對可變電阻器施加負脈衝 電壓時，將使可變電阻器的電阻值減小。 圖29A與圖29B顯示：在薄膜U1形成之後，在pcM〇材料薄 膜111的表面之上首先施加來自電源115之正極性（+2V)的脈衝 電壓所產生之電阻變化的情形。如前述，雖然材料薄膜 取初具有約3_的高電阻值，但隨著所施加之正極性脈衝的 數目，加’電阻值係逐漸減小。詳言之，在約㈣

阻=小至約ΚΗ3Ω。之後，施加具有相反之（負）極性的,J =壓=皁能使電阻值逐漸增大。電阻值在第39個脈衝時增大至 你处者’再—人使極性相反’即施加正極性之+2V的脈衝電壓， 俾月匕使電阻值因而再次減小。在此種初始化之後， 地 所施力σ之脈衝賴的極性魏_之獻/減小之間的關係。例 如初始化之後，對可變電阻器施力σ負脈衝電壓時，將使可變 電阻器的電阻值增大，反之，對可變電 將使可變電阻器的電阻值減小。 脈職座時 加在膜為]起見’故將脈衝電壓的極性定義成施 圖說明時，並無法有效地定義出薄膜的「正面」與「背面」。口因，匕路 ^以圖28B與圖29B所示的電路符號代表使用本發明之初始 法加以械化的可Μ阻科，射 圖29所述之特性。詳言之，將代表初始化之可變電 叙J成.對前制箭祕加正脈衝電壓時，其電阻值係J ^對前侧前祕加負脈衝電壓時，其電 ^ 義’使用⑽所狀方法純初始化的可魏阻用由此^ 所述之方法加U减化的可變她料觸由相同 示。因此’在本說明書之中’使用本發明之方法加以初始1的ΐ 18 1355661 變電阻器各可藉由圖28與圖29所示的符號加以表示。 其次’說明根據實施例4之記憶體電路的初始化方法。待初 始化之。己隐體電路具有圖27與圖3〇所示的結構，其中使電阻值 根據，脈衝而改變的可變電阻器101與102在電源端1〇4與105 之間呈串聯連接，且在可變電阻器101與102之間的中點^設置 輸入/輸出端103。 ° f初始化方法的第一步驟，如圖30A之步驟丨所示，分別對 電源端104與電源端丨05施加+2v脈衝電壓與-2V脈衝電壓，而使 輸入/輪出端103連接於接地端GND。因此，對可變電阻器1〇1 與102施加相同之極性的脈衝電壓，俾能使可變電阻器ι〇ι°與ι〇2 的電阻值呈@ 3GB之「步驟1」期間所示地情況而逐漸減小。 之後，如圖30B之「步驟2」期間所示，對電源端1〇5施加相 反之才f生的脈衝電壓，即+2V脈衝賴，而使電源端1〇4接地。因 此彳對可麦電阻器102施加與步驟1所施加之脈衝電壓相反之 極性的脈衝電壓，俾能使可變電阻器102的電阻值增大。因此， m變電阻器101與102的電阻值初始化成兩種狀態，即低 與高值（Hlgh)。在本例子中，將可變電阻器刚初始 化成低值，且將可變電阻器102初始化成高值。 Φ，f ^因而初始化之可變電阻1 101與1〇2的記憶體電路之 ί心二t所不對輸入/輸出端103施加+2V (+ECC)脈衝電壓 ()而使電源端104與1〇5連接於接地端gnd時，將發 使可變電阻器101的電阻值隨著脈衝的數目而 i曰大而可變電阻器1〇2的電阻值則隨之減小。 懕柹：’根據5施例4 ’經由輸入，輸出端103施加脈衝電 ίί mQ2的電阻值朝相反於初始值的方向 由對輸入作在，操作之中’藉 壓相反之極性的重設脈衝電壓匕==加衝= 19 1355661 各可變電阻器的電阻值重設為初始值。在上述例子之中，用以 始化、記錄及重設所需的脈衝電壓之脈衝寬度為1〇〇nsec。麸而刀， 即使以lOnsec之較短的脈衝寬度，仍可達到本發明之上述g果: 在此情況中，將可極高速地完成寫入/刪除操作。 圖32顯示記憶體陣列電路的例子，其中將實施例4之記 電路將併人電晶體電路之中。在此情況中，使輸人/輸出端^ 連接於電晶體110的沒極（或源極）。使電源端1()4連接 108。使電源端105連接於電鑛、線109。由？元線1〇6選擇記 單元。經由位元線107輸入/輸出資訊。 μ體 在根據實施例4之可變電阻器的初始化方法之中，由 106選擇所有的記憶體單元而使位元線1〇7接地，且對電铲^ 與電鍍線109分別施加+2乂脈衝電壓與-2V脈衝電壓，俾減\ 電阻器101與102兩者的電阻值。之後’使電鍍線1〇8接地，玉 對電鍵線109施加具有與第一脈衝電壓相反之樹生的第二 ，、，即脈衝電壓，而使可變電阻器1〇2的電阻值增大，葬以 定初始狀態。 9成 在完成此種初始化過程之後，在記錄操作之中，使 ，電鍍線109兩者皆接地，且對位元線施加概脈衝電壓、。又在 操作之t，使電鑛線1 〇8接地，對電鑛線⑽施加+lv 對電電壓錄線⑽_線= 圖33Α顯示實施例4之記憶體電路之中的可 Γ操作與重設操作時的電阻值變化ϊ 從圖33A的圖形看出：可變電阻器而與可變電阻 = 值根據+2V脈衝而呈互補地變化。圖咖顯示在讀取侧 ^大態時所獲得再現輸出賴值。從圖咖 出^ 可南解析度地再現不_記錄之狀態。因 僅數再，且 位元的資訊、更可記錄且再現2或更多位元的 再= 20 1355661 加相同數目之具有與記錄脈衝相反之極性的脈衝電壓， 體電路重設為初始狀態6 』时-己 如上所述，實施例4之記憶體電路具有利用兩個 ，阻值呈互補式變化的結構。因此，即使當記憶體陣歹二： =另二記憶體單元之可變電阻器1G1與可魏阻器⑽】電阻 ，交化程度或在Si晶®之上的另—記憶體陣列電路之中的記 早兀電路在製造記憶體陣列電路之時如圖34A所示地減°厂 卿，根觀錄脈衝（記錄之狀態）的數 :電J係實質具有與電阻變化為正常時所獲得 ”此，即使當電阻變化隨著位置而異時，仍可高解析= 不同的錄之狀‘4。又’藉由施加相同數目之具有與記錄脈衝 相反之極__輕，可將記憶體電職設為初始 藉由實施例4之上述包括兩個呈串聯連接之& ，阻器的電阻值呈互補地改變的結構， =二 if 貧施例4的例子之中，在重設操作之中，施加且有盥 本” ’亦可她加更大(一5V)的脈衝。在此情況中，重設脈 衝的數目可大幅地從10個脈衝減少至丨個脈衝。 (實施例5) 务夕根據實施例5之記憶體電路的初始化方法。待初始 結構與實施例4所述者相同。如圖27與圖35 ？脈衝而改變的兩個可變電阻器1〇1與祖 101 的兩端為電源端1G4與105、及在可變電阻 器101與102的中點處設置輸入/輸出端1〇3。 雷的第一步驟，如圖脱之步驟1所示，分別對 電源端105施加，脈衝電壓與+2v 2連接於接地端咖。因此，如圖35A所示，對可 、乂電P ☆ 101與102施加相同之極性的脈衝電壓，俾能使可變電 21 1355661 阻器101與102的電阻值呈圖35B所示地同一情況而逐漸減小。 之^ ’如圖35A之步驟2所示，對電源端1〇5施加相反之極性的 脈衝電壓，即-2V脈衝電壓，而使電源端1〇4連接於接地端GND。 因此，僅對可變電阻器102施加與步驟1所施加之脈衝電壓相反 之極性的脈衝電壓，俾能使可變電阻器1〇2的電阻值如圖35β所 示地增大:因此，將兩個可變電阻器1〇1與1〇2的電阻值初始化 成兩種狀態，即低值（L〇w)與高值（j^gh)。 ，包括因而初始化之可變電阻器1〇1與1〇2的記憶體電路之 中’、&對輸入/輸出端1〇3施加-2V脈衝電壓而使電源端1〇4與 105連接於接地端GND時’將發生互補式改變，俾使可變雷^ ιοί的電阻值隨著脈衝的數目而增大而可變電阻器1〇2的電阻& 則隨之減小。又，在實施例5之中，經由輸入/ 脈衝電壓使兩個可變電阻H ιαι與搬的電 j 的方，變，藉以達成與實施例4相同之記錄資==始值 藉由實施例5之上述包括兩個呈串聯連接之可 與102 *其中電阻器的電阻值呈互補地改 ^ =置的操作穩定性及生產良率，而這 (實施例6) 以下說赚據實施例6之記紐電路細 化之記憶體電路的結構與實施例4與5所述者:° 3 ° 35所示’電阻值根據電脈衝而改變的兩個才。阻:2二， 呈串聯連接、可變電阻器的兩端為電源端^電=1〇1與1〇2 阻器101與102的中點處設置輸入/輪出端^。、及在可變電 在初始化方法的第一步驟，如圖36A 一 端104施加+2V脈衝電壓且對電源端所示，對電源 壓，即+2V脈衝電壓，而使輸人/輪出端丨11目同極性之脈衝電 因此，如圖36A之步驟1所示，對可變電阻…運接於接地端GND。 反之極性的脈衝電壓。然而，可變電咀哭# 與102施加相 σ丨與102的電阻值呈 22 1355661 圖36B所示地同一情況而逐漸減小。 之後，對電源端105施加相反之極性的脈衝電壓，即—2V脈衝 電壓，而使電源端104連接於接地端GND。因此，僅對可變電阻器 102施加與步驟1所施加之脈衝電壓相反之極性的脈衝電壓，俾^ 使可變電阻器102的電阻值增大。因此，將兩個可變電阻器 與102的電阻值初始化成兩種狀態，即低值（L〇w)與高值jigh)。 在包括因而初始化之可變電阻器101與1〇2的記憶體電路之 中如圖37所示’對輸入/輸出端1〇3施加一對由—iv脈衝電壓 與+ιν脈衝電壓所形成的記錄脈衝電壓。對電源端1〇5施加一對 +1V脈衝電壓及對電源端1 〇4施加一對—1 v脈衝電壓係與對輸入/ 輸出端103施加記錄脈衝電壓同步。因此，如圖37B所示，將使 兩個可憂電阻器1〇1與1〇2的電阻值朝著相反之方向改變。因此， 經由輸入/輪出端1〇3施加脈衝電壓使兩個可變電阻器1〇ι與1〇2 的電阻值朝相反於初始值的方向改變，藉以達成記錄資訊的效 果一又，由於電阻值改變達約兩階的大小，故可記錄多位元之多 值貧|札。又，在重設操作之中，藉由對輸入/輪出端1〇3施加由 V脈衝電壓與+1V脈衝電壓所形成之重設脈衝電壓而可將各 可/變電阻器的電阻值重設為初始值。對電源端1〇5施加一對_lv 脈2電壓及對電源端1〇4施加一對+1V脈衝電壓係與對輸入/輸 出端M3施加重設脈衝電壓同步。因此，如圖37β所示，將使兩 個可憂電阻盗101與102的電阻值朝著相反之方向改變，藉以將 兩個可變電阻器的電阻值重設為初始值。 述例子之中，用以初始化、記錄及重設所需的脈衝電壓 ，脈衝寬度為lGGnsec。然而，然而，即使以1()nsec之較短的脈 ，寬度，仍可達到本發明之上述效果。在此情況中，將可極高速 地完成寫入/刪除操作。 藉由實施例6之上述包括兩個呈串聯連接之可變電阻器101 而其中電阻器的電阻值呈互補地改變的結構，將可大幅提 ^己憶體裝置的操作穩定性及生產良率，而這對習知技術則為難 23 1355661 鉅的問題。 (實施例Ό 化之:ΐ'ΐί 記憶體電路的初始化方法。待初始 曰=實例3至5所述者相同。如圖27與圖 呈串耳了連接盧電脈衝而改變的兩個可變電阻11101與⑽ ii阻ϊ的兩端為電源端1〇4與1〇5、及在可變電 mi的中點處設置輸入/輸出端⑽。 端丨綱1卿，對電源 壓，即-2V脈衝雷# ’原鳊105施加相同極性之脈衝電 101 ^ 反之極性的脈衝電i之t/i電源端服施加相 « GND〇 tίί Ιοί,；Γί1〇4 除操i。 所述之電路而達成極高逮的寫入/刪 與ι〇?ΞΐΓί]:ίΐίίί;個呈串聯連接之可變電阻器 高記憶體裝置的操作穩定性及生以文以 矩的問題。 「干，對習知技細丨】為難 產業利用性 可實i成-種能夠高逮非，己J體’將 憶體。 八令篁的有用之記 24 雖然藉由上述各實施例說明本發 ίΐίΐΐ:只要在不脫離本發明之精神的情忒?= 及其變ίϊί實施本發明。故本發明之範圍係包括上述^實 【圖式簡單說明】 圖1顯示可變電阻材料與電極之結構。 圖2顯示用以初始化之電脈衝的例子。 圖3顯示電阻根據電脈衝而產生變化的例子。 圖4顯示用以初始化之電脈衝的例子。 示顯示電阻根據電脈衝而產生變化的例子。 圖b ”、員示用以初始化之電脈衝的例子。 圖7顯示電阻根據電脈衝而產生變化的例子。 圖8顯示用以初始化之電脈衝的例子。 圖9顯示電阻根據電脈衝而產生變化的例子。 圖10顯示用以初始化之電脈衝的例子。 圖U顯^電阻根據電脈衝而產生變化的例子。 ，員：對可變電阻材料所施加之電脈衝的例子。 圖3 .、、、員，電阻根據電脈衝而產生變化的例子。 圖14顯示用以初始化之電脈衝的例子。 圖15顯示電阻根據電脈衝而產生變化的例子。 二顯T對可變電阻材料所施加之電脈衝的例子。 圖Η顯示電阻根據電脈衝而產生變化的例子。 圖18(A)〜（〇顯示電脈衝之波形的例子。 圖19(A)〜（〇顯示電脈衝之波形的例子。 子 圖20顯示使用可魏晴料·成之記憶體裝置的結構之例 圖21顯示記錄所需之電脈衝的例子。 圖以顯示記憶體裝置之可變電阻部的電阻變化之情形 25 1355661 圖23顯示記憶體裝置之讀取輸出的變化情形。 圖24顯示使用可變電阻材料所形成之記憶體裝置的結構之例 圖25顯示記憶體裝置之可變電阻部的電阻變化之情形。 圖26顯示記憶體裝置之讀取輸出的變化情形。 圖27顯tf根據本發明之—實施例的待初始化之記憶體電路的 〇 圖28(A)顯示圖27所示的記憶體電路之中的可變電阻器之結 雜=8^顯示在圖28⑷獅之可㈣阻11的表面之上施加負 切始化之過程之中的電阻值之變化情形，連同初 始化之後的可變電阻器之符號。 圖29(A)顯示圖27所示的記憶體電路之中的可變電阻器之結 子 結構 構0 構- 雜括在圖29〇〇聯之可變電阻11的表面之上施加正 初始化之過程之中的電阻值之變化情形，連同初 始化之後的可變電阻器之符號。 疋 、去圖洲以)〜(B)顯示根據實施例3之記憶體電路的初始化方 圖31(A)〜（B)顯示根據實施例3之在記錄及 3應的輸出電壓之時的電阻變化情形，及在重設之^的J 化情形及輸出電壓的變化。 ^电丨且蔓 圖32顯示根據實施例3之記憶體陣列電路。 圖二A)〜⑻顯示根據實施例3之在記錄，重設之時的記憶 體早70之中的可變電阻器之電阻變化及輸出變化情形。 ， 圖34(A)〜（B)顯示根據實施例3之在記錄/ §己憶體單元（具有較小之電阻變化）之中的可變 '把 化及輸出變化情形。 L“之電阻變 圖35(A)〜(B)顯示根據實施例4之記憶體電路的初始化方 26 1355661 法。 圖36(A)〜（b)顯示根據實施例5之記憶體電路的初始化方 法。 圖37(A)〜（B)顯示根據實施例5之在記錄及再現記錄之狀態 所對應的輸出電壓之時的電阻變化情形，及在重設之時的電阻變 化情形及輸出電壓的變化。 圖38(A)〜(B)顯示根據實施例6之記憶體電路的初始化方 法。 元件符號說明： 1、113、114、3 電極 10 端點 101、102可變電阻器 103輸入/輸出端 104、105電源端 106字元線 107位元線 108、109電鍍線 110電晶體 111 PCMO材料薄膜 112、4基板 115電源 2可變電阻材料薄膜 5、6、7、8、9 端點 pn、P12、、Π02、Pill、pm、Π31、P132、P141、 P21、P31、P32、P41、P51、P52、P61、P71、P72、P8卜 P91、 a、b、c、r 脈衝 R0固定電阻器 R1、R2 可變電阻器 27 1355661 VI、V2 電壓

Rll ' Rl2 ' R21 ' R31 ' R32 ' R41 ' R51 ' R52 ' R61 ' R71 ' R72 ' R81 ' RlOl '

Ri3i、Rini、Rmin、Rmax、rlO、rll、rl2、rl3、r20、r21、r22、 r23電阻值 vlO、vll、vl2、vl3、v20、v21、v22、v23 輸出值

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Claims (1)

1355661 100年8月11日修正 93138906 (無劃線） 十、申請專利範圍 阳从1., 一種使甩可變電阻材料作為記憶體裝置之方法，該可變带 方法根據所施力°之電脈衝的極性而增大/減小，‘ 的該可變電阻材料於一薄獅成後尚未受到電脈衝作用 門初始狀树，在連接至該可㈣崎料的第—與第二電極之 間，以具有一第一極性的電脈衝施加至 之電位高於該第二電極之電位； 文仟/弟電極 楚H依據在步驟⑻中所施加之電脈衝的極性，而決定待於該 f 施加的電脈衝之極性與該可 1 值之增大/減小之間_係； t m情电阻 (=)依齡步卿3) +紗域隱，藉由轉—極性 弟一電極之電位低於該第二電極之電位的-第二極性，將該、 可邊電阻材料之電阻值改變至一所需值；及 、δΛ 衛（It該Λ一與第二電極之間施加具有經選擇之極性的電脈 衝，以增大/減小該可變電阻材料之電阻值。 —詈:縱㈣一之前簡下且術作細練衣 =加在該第-絲二電極之間，直繼可魏 變化率小於一預定值為止。 电丨值的 3.如申請補範圍第2項之使料變電阻材料作 置之方法，其中於步驟⑻中，在以該第一極性+ 力:在該第-鮮二電極之 率小於該預定值後， 引但〜艾化 第ΐί有電脈衝施加在連接於該可變電阻材料的 弟-與第-4之間至少-次，使縣第1極之 二電極之電位。 书徂低方、忑弟 ίβ 100年8月11日修正替換頁 93138906(無劃線）' 古如申請專利範圍第3項之使用可變電阻材料作為記情體 在於步驟⑻中’以該第二極性的電脈衝重複地杨 ，細爾剛值的變化 十一、圖式： Λ 30