可变电阻器件及半导体装置以及该半导体装置的操作方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种可变电阻器件及半导体装置以及该半导体装置的操作方法。包括可变电阻器件的半导体装置的操作方法包括：通过施加重置脉冲电压到可变电阻器件以将可变电阻器件从第一电阻状态切换到第二电阻状态，写入第一数据到半导体装置；以及通过施加设定脉冲电压到可变电阻器件以将可变电阻器件从第二电阻状态切换到第一电阻状态，写入第二数据到半导体装置。重置脉冲电压高于设定脉冲电压，第二电阻状态的电阻大于第一电阻状态的电阻。

【技术实现步骤摘要】

示例性实施例涉及半导体装置，更具体地，涉及可变电阻器件、包括该可变电阻器件的半导体装置以及该半导体装置的操作方法。
技术介绍
存储器件可以是非易失性的并且可以不需要刷新。非易失性存储器件的类型可以包括相变RAM(PRAM)、纳米浮置栅存储器(NFGM)、聚合物RAM(PoRAM)、磁性RAM(MRAM)、铁电 RAM(FeRAM)以及电阻 RAM(RRAM)。RRAM基于当足够高的电压施加到可变电阻材料时可以产生电流通路的现象。该通路的产生导致降低的电阻。一旦产生通路，可以通过施加足够的电压到可变电阻材料来消除或再产生通路。
技术实现思路
本专利技术提供了可变电阻器件、包括该可变电阻器件的半导体装置以及该半导体装置的操作方法，在该可变电阻器件中增大了高电阻状态与低电阻状态的电阻之间的差从而改善了可变电阻器件的可靠性。根据示例性实施例，一种包括可变电阻器件的半导体装置的操作方法包括通过施加重置脉冲电压(reset pulse voltage)到可变电阻器件使得可变电阻器件从第一电阻状态切换到第二电阻状态，写入第一数据到半导体装置；以及通过施加设定脉冲电压(set pulse voltage)到可变电阻器件使得可变电阻器件从所述第二电阻状态切换到所述第一电阻状态，写入第二数据到半导体装置，重置脉冲电压高于设定脉冲电压，并且第二电阻状态的电阻大于第一电阻状态的电阻。重置脉冲电压可以是设定脉冲电压两倍或更高。重置脉冲电压的极性可以与设定脉冲电压的极性不同。第一数据的写入可以包括在施加重置脉冲电压到可变电阻器件至少两次。第二电阻状态的电阻可以是第一电阻状态的电阻的约20至约100倍。第一数据的写入可以包括通过施加重置脉冲电压到可变电阻器件使得可变电阻器件从第一电阻状态切换到第二电阻状态，写入第一数据；然后施加附加重置脉冲电压到可变电阻器件使得可变电阻器件从第二电阻状态切换到第三电阻状态。第三电阻状态的电阻可以大于第二电阻状态的电阻。重置脉冲电压的极性可以与设定脉冲电压的极性不同，附加重置脉冲电压的极性与设定脉冲电压的极性相同。重置脉冲电压可以高于设定脉冲电压，附加重置脉冲电压可以低于设定脉冲电压。第一数据的写入可以包括施加重置脉冲电压或附加重置脉冲电压到可变电阻器件至少两次。第一数据的写入可以包括施加重置脉冲电压到可变电阻器件至少两次，然后施加附加重置脉冲电压到可变电阻器件至少两次。第一数据的写入可以包括交替且重复地施加重置脉冲电压和附加重置脉冲电压到可变电阻器件。根据示例性实施例，重置脉冲电压和附加重置脉冲电压可以连续施加多次。第三电阻状态的电阻可以是第一电阻状态的电阻的约20至约1000倍。根据另一示例性实施例，一种操作包括可变电阻器件的半导体装置的方法包括 通过连续施加第一重置脉冲电压和第二重置脉冲电压到可变电阻器件使得可变电阻器件被重置，写入第一数据到半导体装置；以及通过施加设定脉冲电压到可变电阻器件使得可变电阻器件被设定，写入第二数据到半导体装置，当施加第一重置脉冲电压到可变电阻器件时，可变电阻器件从第一电阻状态切换到第二电阻状态，当施加第二重置脉冲电压到可变电阻器件时，可变电阻器件从第二电阻状态切换到第三电阻状态，当施加设定脉冲电压到可变电阻器件时，可变电阻器件从第三电阻状态切换到第一电阻状态，第三电阻状态的电阻大于第二电阻状态的电阻，并且第二电阻状态的电阻大于第一电阻状态的电阻。第一重置脉冲电压的极性可以与设定脉冲电压的极性不同，第二重置脉冲电压的极性可以与设定脉冲电压的极性相同。第一重置脉冲电压可以高于设定脉冲电压且第二重置脉冲电压可以低于设定脉冲电压。第一数据的写入可以包括施加第一重置脉冲电压或第二重置脉冲电压到可变电阻器件至少两次。第一数据的写入可以包括施加第一重置脉冲电压到可变电阻器件至少两次，然后施加第二重置脉冲电压到可变电阻器件至少两次。第一数据的写入可以包括交替且重复地施加第一重置脉冲电压和第二重置脉冲电压到可变电阻器件。例如，第一重置脉冲电压和第二重置脉冲电压可以连续施加多次。第三电阻状态的电阻可以是第一电阻状态的电阻的约20至约1000倍。根据另一示例性实施例，一种可变电阻器件包括第一电极、第二电极以及在第一电极和第二电极之间的可变电阻材料层，当在第一电极和第二电极之间施加第一重置脉冲电压时可变电阻材料层从第一电阻状态切换到第二电阻状态，当在第一电极和第二电极之间施加第二重置脉冲电压时可变电阻材料层从第二电阻状态切换到第三电阻状态，当在第一电极和第二电极之间施加设定脉冲电压时可变电阻材料层从第三电阻状态切换到第一电阻状态，第三电阻状态的电阻大于第二电阻状态的电阻，并且第二电阻状态的电阻大于第一电阻状态的电阻。第一重置脉冲电压可以是设定脉冲电压的约两倍。第一重置脉冲电压的极性可以与设定脉冲电压的极性不同，第二重置脉冲电压的极性可以与设定脉冲电压的极性相同。 第一重置脉冲电压可以高于设定脉冲电压，第二重置脉冲电压可以低于设定脉冲电压。根据另一示例性实施例，半导体装置包括可变电阻器件和串联连接到可变电阻器件的选择器件，当施加第一重置脉冲电压到可变电阻器件时，可变电阻器件从第一电阻状态切换到第二电阻状态，当施加第二重置脉冲电压到可变电阻器件时，可变电阻器件从第二电阻状态切换到第三电阻状态，以及当施加设定脉冲电压到可变电阻器件时，可变电阻器件从第三电阻状态切换到第一电阻状态，第三电阻状态的电阻大于第二电阻状态的电阻，第二电阻状态的电阻大于第一电阻状态的电阻。第一重置脉冲电压可以是设定脉冲电压的约两倍。第一重置脉冲电压的极性可以与设定脉冲电压的极性不同，第二重置脉冲电压的极性可以与设定脉冲电压的极性相同。 第一重置脉冲电压可以高于设定脉冲电压，而第二重置脉冲电压可以低于设定脉冲电压。 当第一重置脉冲电压和第二重置脉冲电压连续施加到可变电阻器件时，第一数据可以写入半导体装置，而当设定脉冲电压施加到可变电阻器件时，第二数据可以写入半导体装置。选择器件可以是晶体管或二极管。根据示例性实施例，一种半导体装置的操作方法包括通过施加至少一个重置脉冲电压以将可变电阻器件从第一电阻切换到第二电阻，写入第一数据，第二电阻大于第一电阻；以及通过施加至少一个设定脉冲电压以将可变电阻器件从第二电阻切换到第一电阻，写入第二数据，至少一个设定脉冲电压的幅度(magnitude)小于至少一个重置脉冲电压的幅度。根据示例性实施例，一种半导体装置的操作方法包括通过连续施加至少一个第一重置脉冲电压和至少一个第二重置脉冲电压以重置可变电阻器件，写入第一数据，至少一个第一重置脉冲电压的施加将可变电阻器件从第一电阻状态切换到第二电阻状态，而至少一个第二重置脉冲电压的施加将可变电阻器件从第二电阻状态切换到第三电阻状态，第三电阻状态的电阻大于第二电阻状态的电阻；以及通过施加至少一个设定脉冲电压以设定可变电阻器件，写入第二数据，至少一个设定脉冲电压的施加将可变电阻器件从第三电阻状态切换到第一电阻状态，第二电阻状态的电阻大于第一电阻状态的电阻。根据示例性实施例，一种半导体装置包括第一电极、第二电极以及在第一电极和第二电极之间的可变电阻材料层，可变电阻材料层配置为当施加第一重置脉冲电压时从第一电阻切换到第二电阻，当施加第二重置脉冲电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种半导体装置的操作方法，该方法包括：通过施加至少一个重置脉冲电压以将可变电阻器件从第一电阻切换到第二电阻，写入第一数据，所述第二电阻大于所述第一电阻；以及通过施加至少一个设定脉冲电压以将所述可变电阻器件从所述第二电阻切换到所述第一电阻，写入第二数据，所述至少一个设定脉冲电压的幅度小于所述至少一个重置脉冲电压的幅度。

【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，李昌范，李东洙，金昌桢，李明宰，张晚，李承烈，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR