快速且低耗能之長耐久性奈米結晶電阻式非揮發性記憶體RESISTIVE RANDOM ACCESS MEMORY (RRAM) USING STACKED DIELECTRICS AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME

專利類型

發明

專利國別 (專利申請國家)

美國

專利申請案號

13/304,085

專利證號

US 8,791,444 B2

專利獲證名稱

快速且低耗能之長耐久性奈米結晶電阻式非揮發性記憶體RESISTIVE RANDOM ACCESS MEMORY (RRAM) USING STACKED DIELECTRICS AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME

專利所屬機關 (申請機關)

國立交通大學

獲證日期

2014/07/29

技術說明

本研究揭露一種新式的電阻式記憶體元件，藉由使用共價鍵二氧化鍺(GeO2)，和奈米結晶(nano-crystal)的二氧化鈦(TiO2)金屬氧(氮)化物，再搭配低成本的金屬電極(Ni)，並施以不同退火條件來進行元件特性最佳化。經最佳化後的電阻式非揮發性記憶體元件，除了具有快速儲存(<10ns)、低起始功率(4 W)、超低重置功率(2nW)、操作電壓/電流穩定性高和低成本製程等優點外，更具備了極佳的耐久性，讀寫次數可達50億次(5109次)，不僅符合綠色電子元件的低功率消耗要求，更解決了傳統電阻式記憶體常見的操作電壓/電流範圍大和讀寫次數低等問題。由此研究結果，我們發現奈米結晶金屬氧化物層的採用，有助於增加元件的操作速度和降低阻態切換電場，進而改善元件讀寫次數。此長耐久性且低耗能之綠能奈米記憶體元件，不僅滿足可攜性固態硬碟的需求，更可取代資料中心所使用的高功率消耗伺服硬碟。因此，此新式電阻式記憶體元件的發明，將對現行的停滯不前的記憶體產業有所貢獻，亦是下一世代非揮發性記憶體元件開發中不可或缺的關鍵技術之一。 We reveal a novel high endurance and ultra-low switching power RRAM device, where only 4 W setting power, ultra-low reset power of 2 nW, large resistance window >50X, good switching uniformity and excellent cycling endurance (up to 5109 cycles) were achieved simultaneously. Such record high performances were reached in Ni/GeOx/nano-crystal (nc) TiO2/TaON/TaN RRAM device, where the excellent endurance is 4~6 orders of magnitude larger than the best Flash memory. The excellent endurance may be related to conduction via grain boundaries of nc-TiO2 and fast switching speed of <10 ns to lessen the dielectric fatigue during stress. The very long endurance and low switching energy RRAM not only satisfies the portable SSD in a computer, but may also create new application such as used for Data Center to replace the high power consumption hard discs.

備註

本部(收文號1100065219)同意該校110年10月27日陽明交大研產學字第1100036963號函申請終止維護專利(陽明交大)

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