包含半导体及电阻率切换之氧化物或氮化物的异质接合装置

摘要

本发明揭示一种包含半导体及电阻率切换之氧化物或氮化物的异质接合装置。在本发明中，一为宽带隙半导体之金属氧化物或氮化物化合物邻接一相反导电率类型之矽、锗、或矽及/或锗之合金以形成一p－n异质接合。可使用此p－n异质接合以于各种装置中获得助益。在较佳具体实施例中，一垂直定位p－i－n异质接合二极体之一端子系一金属氧化物或氮化物层，而该二极体之其余部分系由一矽或矽锗电阻器形成；例如，一二极体可包括一重掺杂n型矽区、一本质矽区及一用作该p型端子之氧化镍层。此等金属氧化物及氮化物中的许多展现电阻率切换行为，且此一异质接合二极体可用于(例如)一单石三维记忆体阵列中之一非挥发性记忆体单元内。

主权项

一种记忆体单元，其包含一异质接合二极体，该异质接合二极体包含：(a)一半导体元件，其具有一第一半导体层及一第二半导体层，该第一半导体层包含高掺杂之矽、锗、矽锗、或一矽及/或锗之合金，且具有一第一导电类型，该第二半导体层包含矽、锗、矽锗、或一矽及/或锗之合金且与该第一半导体层相接，其中该第二半导体层为本质材料或对该第一导电类型轻掺杂；及(b)一切换元件，其包含一层二元金属氧化物或氮化物化合物且与该第二半导体层相接，其中一p-n接合系形成于该第二半导体层与该层二元金属氧化物或氮化物化合物之间；及其中该切换元件具有一第一极性，该第二半导体层具有相反于该第一极性之一第二极性。如请求项1之记忆体单元，其中该二元金属氧化物或氮化物化合物系选自由以下各物组成之群：NixOy、NbxOy、TixOy、HfxOy、AlxOy、MgxOy、CoxOy、CrxOy、VxOy、ZnxOy、ZrxOy、BxNy、AlxNy。如请求项1之记忆体单元，其中该二元金属氧化物或氮化物化合物系选自由以下各物组成之群：NiO、Nb2O5、TiO2、HfO2、Al2O3、MgOx、CoO、CrO2、VO、ZnO、ZrO、BN、及AlN。如请求项1之记忆体单元，其中该二元金属氧化物或氮化物化合物系可在至少一稳定高电阻率状态与一稳定低电阻率状态之间切换，其中该高电阻率状态与该低电阻率状态之电阻率至少相差三倍。如请求项1之记忆体单元，其中该异质接合二极体系一p-i-n二极体。如请求项1之记忆体单元，其中该异质接合二极体系垂直定位。如请求项1之记忆体单元，其中该二元金属氧化物或氮化物化合物系在该半导体元件上方。如请求项1之记忆体单元，其中该半导体元件系采用柱之形式。如请求项1之记忆体单元，其中该半导体元件之至少一部分系掺杂有一n型掺杂剂。如请求项1之记忆体单元，其中该半导体元件之至少一部分系掺杂有一p型掺杂剂。如请求项1之记忆体单元，其中该二元金属氧化物或氮化物化合物之电阻率小于大约1千欧姆-cm。如请求项1之记忆体单元，其中该二元金属氧化物或氮化物化合物之电阻率小于大约1微欧姆-cm。一种第一记忆体级，其包含复数个非挥发性如请求项1之记忆体单元。如请求项13之第一记忆体级，其中每一该记忆体单元的切换元件可切换一低电阻率状态与一高电阻率状态，且其中该高电阻率状态与该低电阻率状态之电阻率至少相差三倍。如请求项13之第一记忆体级，其中每一异质接合二极体之半导体元件均为多晶半导体元件。如请求项13之第一记忆体级，其中每一二极体系一p-i-n二极体。如请求项13之第一记忆体级，其中该二元金属氧化物或氮化物化合物系化学计量或非化学计量氧化镍。如请求项13之第一记忆体级，其中每一记忆体单元之一资料状态系储存于该切换元件之一电阻状态中。如请求项13之第一记忆体级，其中每一异质接合二极体系垂直定位。如请求项13之第一记忆体级，其进一步包含：复数个第一实质上平行实质上共面之导体，其系沿一第一方向延伸；及复数个第二实质上平行实质上共面之导体，其系沿一第二方向延伸，该第二方向与该第一方向不同，其中该等第二导体系位于该等第一导体上方，且其中每一异质接合二极体系垂直置放于该等第一导体之一与该等第二导体之一之间。如请求项13之第一记忆体级，其中在该第一记忆体级上方以单石形式形成一第二记忆体级。如请求项20之第一记忆体级，其中每一记忆体单元之一资料状态系储存于该切换单元之一电阻状态中，且其中每一记忆体单元之切换元件之电阻状态系藉由在该等第一导体之一与该等第二导体之一之间施加电压或使电流流经该记忆体单元之异质接合二极体进行切换。如请求项13之第一记忆体级，其中在一半导体基板上方以单石形式形成该等记忆体单元。如请求项13之第一记忆体级，其中该等记忆体单元系可覆写记忆体单元。