包括可变电阻材料的半导体器件及其操作方法技术

本发明专利技术公开了包括可变电阻材料的半导体器件、操作该半导体器件的方法、包括可变电阻材料的能够转换的存储器件、包括该半导体器件的存储卡和包括该半导体器件的电子系统。半导体器件使用具有根据施加的电压而变化的电阻的可变电阻材料作为沟道层。

【技术实现步骤摘要】

示例实施例涉及一种，更具体地说，涉及一种使用可变电阻材料作为沟道层的半导体器件及操作该半导体器件的方法，其中，可变电阻材料的电阻根据施加的电压而变化。
技术介绍
在存储器和/或逻辑电路中使用这样的材料，这些材料具有在电场和/或磁场中变化或者根据电流和/或电压的施加而变化的电阻。例如，在磁隧道结(MTJ)器件中，使用了根据磁化方向在高电阻状态和低电阻状态之间改变的可变电阻材料。作为另一示例，在通常使用过渡金属氧化物作为可变电阻材料的电阻随机存取存储器(RRAM)中，电阻根据施加的电压而改变。存储器和/或诸如逻辑电路的器件可能需要开关器件来将各种电压施加到存储器和/或器件。例如，可能需要开关器件，以将设置电压、重置电压和/或读取电压施加到可变电阻材料。开关器件和可变电阻材料彼此串联连接。晶体管通常用作开关器件。然而， 二极管也可被用作开关器件。例如，一个晶体管和一个可变电阻材料彼此连接的结构可被称作1T-1R结构。
技术实现思路
示例实施例包括使用根据施加的电压而变化的可变电阻材料的半导体器件以及操作该半导体器件的方法。根据示例实施例，半导体器件包括栅极、彼此面对的源极和漏极、可变电阻层以及设置在栅极和可变电阻层之间的栅绝缘层，其中，可变电阻层的电阻根据施加的电压而变化。可变电阻层可作为源极和漏极之间的沟道区。栅绝缘层可至少部分地覆盖彼此面对的源极和漏极。P型半导体层还可设置在可变电阻层和源极之间以及可变电阻层和漏极之间，并且源极和漏极可被n+掺杂。导电薄膜层还可设置在P型半导体层和可变电阻层之间。导电薄膜层可由金属、导电金属氧化物或导电金属氮化物形成。导电薄膜层还可设置在可变电阻层和源极之间以及可变电阻层和漏极之间。源极和漏极可由氧化物半导体形成。氧化物半导体可以是氧化锌(SiO)基金属氧化物半导体或氧化锡(SnO2)基金属氧化物半导体。导电层还可设置在栅绝缘层的相对侧上。可变电阻层的至少中心部分可突出以接触彼此面对的源极和漏极的侧表面。源极和漏极的上表面以及可变电阻层的突出部分的上表面可位于相同的高度。栅绝缘层可覆盖可变电阻层中的突出部分的上表面并至少部分地覆盖源极和漏极的上表面。根据其它示例实施例，驱动半导体器件的方法包括提供半导体器件，所述半导体器件包括栅极、彼此面对的源极和漏极、其电阻根据施加的电压而变化的可变电阻层以及设置在栅极和可变电阻层之间的栅绝缘层；将等于或大于阈值电压的电压施加到栅极；通过将源极和漏极中的一个接地并将设置电压、重置电压或读取电压施加到源极和漏极中的另一个来改变可变电阻层的电阻或读取可变电阻层的电阻值。当可变电阻层可由单极材料形成时，重置电压可包括在第一电压和第二电压之间的区间中，重置电压增大可变电阻层的电阻值，设置电压可包括在大于第二电压的区间中， 设置电压减小可变电阻层的电阻值，读取电压可包括在小于第一电压的区间中，读取电压不改变可变电阻层的电阻值。当可变电阻层由双极材料形成时，重置电压可包括在等于或小于负的第三电压的电压区间中，重置电压减小可变电阻层的电阻值，设置电压可包括在大于正的第四电压的电压区间中，设置电压增大可变电阻层的电阻值，读取电压可包括在小于第四电压的电压区间中，读取电压不改变可变电阻层的电阻值。根据其它示例实施例，驱动半导体器件的方法包括提供半导体器件，所述半导体器件包括栅极、彼此面对的源极和漏极、其电阻根据施加的电压而变化的可变电阻层、设置在栅极和可变电阻层之间的栅绝缘层以及设置在栅绝缘层的相对侧上的导电层；将等于或大于阈值电压的电压施加到栅极；通过将导电层接地并将设置电压、重置电压或读取电压施加到源极来改变可变电阻层中的第一区的电阻或读取可变电阻层中的第一区的电阻值， 以及通过将导电层接地并将设置电压、重置电压或读取电压施加到漏极来改变可变电阻层中的第二区的电阻或读取可变电阻层中的第二区的电阻值。根据其它示例实施例，半导体器件包括可变电阻层、在可变电阻层上的栅绝缘层和在栅绝缘层上的栅极。根据其它示例实施例，提供了一种操作半导体器件的方法，所述半导体器件包括栅极、源极、漏极、可变电阻层以及在栅极和可变电阻层之间的栅绝缘层，该方法包括以下步骤将等于或大于阈值电压的电压施加到栅极，并通过将源极和漏极中的一个接地并将设置电压、重置电压和读取电压中的一个施加到源极和漏极中的另一个来执行改变可变电阻层的电阻和读取可变电阻层的电阻值中的一种。根据其它示例实施例，提供了一种操作半导体器件的方法，所述半导体器件包括栅极、源极、漏极、可变电阻层、在栅极和可变电阻层之间的栅绝缘层、在可变电阻层的与栅绝缘层背对的侧上的导电层，该方法包括以下步骤将等于或大于阈值电压的电压施加到栅极；通过将导电层接地并将设置电压、重置电压和读取电压中的一个施加到源极来执行改变可变电阻层中的第一区的电阻和读取可变电阻层中的第一区的电阻值中的一种，并通过将导电层接地并将设置电压、重置电压和读取电压中的一个施加到漏极来执行改变可变电阻层中的第二区的电阻和读取可变电阻层中的第二区的电阻值中的一种。根据其它示例实施例，一种能够转换的存储器件包括沟道层，包括可变电阻材料；栅绝缘层，在沟道层上；栅极，在栅绝缘层上，栅极被构造为在沟道层中引发沟道区。附图说明通过下面结合附图进行的简要描述，将更清楚地理解示例实施例。图IA至图15 表示如在这里描述的非限制性示例实施例。图IA是根据示例实施例的包括可变电阻材料的半导体器件的剖视图；图IB是示出图IA的半导体器件的操作方法的剖视示意6图2是包括单极材料的图IA的可变电阻层的电压-电流特性的曲线图；图3是示出施加到包括单极材料的图IA的可变电阻层的用于对可变电阻层记录、 读取和擦除数据的示例电压脉冲的图；图4是包括双极材料的图IA的可变电阻层的电压-电流特性的曲线图；图5是示出施加到包括双极材料的图IA的可变电阻层的用于对可变电阻层记录、 读取和擦除数据的示例电压脉冲的图；图6A是根据示例实施例的包括可变电阻层的半导体器件的剖视图；图6B是示出图6A的半导体器件的操作方法的剖视示意图；图7A是根据示例实施例的包括可变电阻层的半导体器件的剖视图；图7B是示出图7A的半导体器件的操作方法的剖视示意图；图8至图13是根据示例实施例的包括可变电阻材料的半导体器件的剖视图；图14是示出根据示例实施例的存储卡的示意图；图15是示出根据示例实施例的电子系统的框图。应该注意的是，这些附图意图示出在特定示例实施例中使用的方法、结构和/或材料的一般特性，并对下面提供的书面说明进行补充。然而，这些附图不是按比例绘制的， 并且可以不精确地反映出任何给出的实施例的精确结构或性能特性，并且不应解释为限定或限制示例实施例所包括的性质或值的范围。例如，为了清楚起见，可缩小或夸大分子、层、 区域和/或结构元件的相对厚度和位置。在不同的附图中使用的相似或相同的标号意图表示存在相似或相同的元件或特征。具体实施方式现在将参照附图更充分地描述示例实施例，在附图中示出了示例实施例。然而，示例实施例可以以许多不同的形式实施，而不应解释为局限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底的和完整的，并将把示例实施例的构思充分地传达给本领域普通技术人员。在附图中，为了清楚起见，夸大了层和本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种半导体器件，所述半导体器件包括：可变电阻层；栅绝缘层，在可变电阻层上；栅极，在栅绝缘层上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：金英培，柳寅敬，金昌桢，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR