非易失性存儲(chǔ)器晶體管和包括該存儲(chǔ)器晶體管的設(shè)備的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了非易失性存儲(chǔ)器晶體管和包括非易失性存儲(chǔ)器晶體管的設(shè)備。非易失性存儲(chǔ)器晶體管可以包括溝道元件，與溝道元件相對(duì)應(yīng)的柵極電極，在溝道元件和柵極電極之間的柵極絕緣層，在柵極絕緣層和柵極電極之間的離子物質(zhì)移動(dòng)層，以及相對(duì)于溝道元件彼此分離的源極和漏極。根據(jù)施加到柵極電極的電壓，在離子物質(zhì)移動(dòng)層發(fā)生離子物質(zhì)的移動(dòng)。閾值電壓根據(jù)離子物質(zhì)的移動(dòng)而變化。非易失性存儲(chǔ)器晶體管具有多電平特性。
【專利說明】非易失性存儲(chǔ)器晶體管和包括該存儲(chǔ)器晶體管的設(shè)備
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2013年7月29日向韓國知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交的第10-2013-0089833號(hào)韓國專利申請(qǐng)的權(quán)益，其公開通過引用整體并入本文。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本公開涉及非易失性存儲(chǔ)器晶體管和包括非易失性存儲(chǔ)器晶體管的設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0004]快閃存儲(chǔ)器被廣泛使用，而且眾所周知地用于非易失性存儲(chǔ)器件。在典型的快閃存儲(chǔ)器晶體管中，通過經(jīng)由隧道絕緣層向浮置柵極注入電子或者從浮置柵極移除電子來存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。然而，由于典型的快閃存儲(chǔ)器使用隧道注入電子，因此快閃存儲(chǔ)器的工作電壓較高，例如，約10-20V。此外，由于在浮置柵極中捕獲的電子的數(shù)目是有限的，因此它難以實(shí)現(xiàn)具有多比特特性的快閃存儲(chǔ)器。例如，在具有約20-30納米線寬的浮置柵極中，可以捕獲僅僅幾十個(gè)電子。
[0005]為了克服常規(guī)的快閃存儲(chǔ)器的上述問題，需要即使在非易失性存儲(chǔ)器件的尺寸很小的情況下也具有低工作電壓且具有足夠大的多電平特性的非易失性存儲(chǔ)器件。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]提供了具有多個(gè)電平或多值特性的非易失性存儲(chǔ)器晶體管。
[0007]提供了具有低工作電壓的非易失性存儲(chǔ)器晶體管。
[0008]提供了具有諸如閾值電壓根據(jù)施加的電壓逐漸地或連續(xù)地變化的特性的非易失性存儲(chǔ)器晶體管。
[0009]提供了包括非易失性存儲(chǔ)器晶體管的設(shè)備，例如，電路。
[0010]提供了采用非易失性存儲(chǔ)器晶體管的突觸器件。
[0011]提供了操作非易失性存儲(chǔ)器晶體管和包括非易失性存儲(chǔ)器晶體管的設(shè)備的方法。
[0012]附加方面將在以下說明書中部分地闡述，并將從說明書中部分地變得明顯，或者可以通過對(duì)所提出的實(shí)施例的實(shí)踐來習(xí)得。
[0013]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的一方面，非易失性存儲(chǔ)器晶體管包括:溝道元件；與溝道元件相對(duì)應(yīng)的柵極電極；在溝道元件和柵極電極之間的柵極絕緣層；在柵極絕緣層和柵極電極之間的離子物質(zhì)移動(dòng)層；以及相對(duì)于溝道元件彼此分離的源極和漏極。根據(jù)施加到柵極電極的電壓在離子物質(zhì)移動(dòng)層發(fā)生離子物質(zhì)的移動(dòng)，其中閾值電壓根據(jù)離子物質(zhì)的移動(dòng)而變化，而且其中非易失性存儲(chǔ)器晶體管具有多電平特性。
[0014]在一些實(shí)施例中，離子物質(zhì)移動(dòng)層包括可變電阻材料。
[0015]在一些實(shí)施例中，離子物質(zhì)移動(dòng)層包括雙極存儲(chǔ)層。
[0016]在一些實(shí)施例中，離子物質(zhì)移動(dòng)層包括PrCaMnO(PCMO)、鈦氧化物、鉭氧化物、鎳氧化物、鋅氧化物、鎢氧化物、鈷氧化物、鈮氧化物、鈦鎳氧化物、鋰鎳氧化物、銦鋅氧化物、釩氧化物、鍶鋯氧化物、鍶鈦氧化物、鉻氧化物、鐵氧化物、銅氧化物、鉿氧化物、鋯氧化物、鋁氧化物以及它們的混合物中的至少一個(gè)。
[0017]在一些實(shí)施例中，離子物質(zhì)移動(dòng)層包括PCM0。
[0018]在一些實(shí)施例中，離子物質(zhì)移動(dòng)層包括負(fù)(_)離子物質(zhì)，而且所述閾值電壓隨著離子物質(zhì)移動(dòng)層中負(fù)(_)離子物質(zhì)的濃度沿朝向柵極絕緣層的方向增加而增加。
[0019]在一些實(shí)施例中，離子物質(zhì)移動(dòng)層包括正(+)離子物質(zhì)，而且所述閾值電壓隨著離子物質(zhì)移動(dòng)層中正(+)離子物質(zhì)的濃度沿朝向柵極絕緣層的方向增加而降低。
[0020]在一些實(shí)施例中，離子物質(zhì)移動(dòng)層包括氧離子或氧空位中的至少一個(gè)作為離子物質(zhì)。
[0021]在一些實(shí)施例中，非易失性存儲(chǔ)器晶體管還可以包括在柵極絕緣層和離子物質(zhì)移動(dòng)層之間的傳導(dǎo)層。
[0022]在一些實(shí)施例中，非易失性存儲(chǔ)器晶體管具有包括至少十六(16)個(gè)電平的多電平特性。
[0023]在一些實(shí)施例中，離子物質(zhì)移動(dòng)層具有單層結(jié)構(gòu)。
[0024]在一些實(shí)施例中，離子物質(zhì)移動(dòng)層具有多層結(jié)構(gòu)。
[0025]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一方面，非易失性存儲(chǔ)器晶體管包括:溝道元件；與溝道元件相對(duì)應(yīng)的柵極電極；在溝道元件和柵極電極之間的柵極絕緣層；在柵極絕緣層和柵極電極之間的雙極存儲(chǔ)層；以及相對(duì)于溝道元件彼此分離的源極和漏極。
[0026]在一些實(shí)施例中，非易失性存儲(chǔ)器晶體管包括在柵極絕緣層和雙極存儲(chǔ)層之間的電極層。
[0027]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一方面，突觸器件包括非易失性存儲(chǔ)器晶體管。該非易失性存儲(chǔ)器晶體管包括:溝道元件；與溝道元件相對(duì)應(yīng)的柵極電極；在溝道元件和柵極電極之間的柵極絕緣層；在柵極絕緣層和柵極電極之間的離子物質(zhì)移動(dòng)層；以及相對(duì)于溝道元件彼此分離的源極和漏極，其中根據(jù)施加到柵極電極的電壓在離子物質(zhì)移動(dòng)層發(fā)生離子物質(zhì)的移動(dòng)，其中閾值電壓根據(jù)離子物質(zhì)的移動(dòng)而變化，而且其中非易失性存儲(chǔ)器晶體管具有多電平特性。
[0028]在一些實(shí)施例中，非易失性存儲(chǔ)器晶體管的柵極電極連接到前突觸神經(jīng)元電路，而且非易失性存儲(chǔ)器晶體管的源極連接到后突觸神經(jīng)元電路。
[0029]在一些實(shí)施例中，多個(gè)非易失性存儲(chǔ)器晶體管沿多個(gè)行和列布置。
[0030]在一些實(shí)施例中，突觸器件包括多個(gè)第一配線以及與多個(gè)第一配線交叉的多個(gè)第二配線，其中所述多個(gè)非易失性存儲(chǔ)器晶體管位于多個(gè)第一配線和多個(gè)第二配線的交叉點(diǎn)處。
[0031]在一些實(shí)施例中，多個(gè)第一配線連接到前突觸神經(jīng)元電路，而且多個(gè)第二配線后突觸神經(jīng)元電路。
[0032]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一方面，神經(jīng)形態(tài)器件包括突觸器件。突觸器件包括非易失性存儲(chǔ)器晶體管。非易失性存儲(chǔ)器晶體管包括:溝道元件；與溝道元件相對(duì)應(yīng)的柵極電極；在溝道元件和柵極電極之間的柵極絕緣層；在柵極絕緣層和柵極電極之間的離子物質(zhì)移動(dòng)層；以及相對(duì)于溝道元件彼此分離的源極和漏極，其中根據(jù)施加到柵極電極的電壓在離子物質(zhì)移動(dòng)層發(fā)生離子物質(zhì)的移動(dòng)，其中閾值電壓根據(jù)離子物質(zhì)的移動(dòng)而變化，而且其中非易失性存儲(chǔ)器晶體管具有多電平特性。
[0033]在一些實(shí)施例中，神經(jīng)形態(tài)器件還包括連接到突觸器件的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)神經(jīng)元電路。
[0034]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一方面，操作非易失性存儲(chǔ)器晶體管的方法包括:通過將電壓施加到柵極電極，在離子物質(zhì)移動(dòng)層中移動(dòng)離子物質(zhì)；以及導(dǎo)通非易失性存儲(chǔ)器晶體管。
[0035]在一些實(shí)施例中，在移動(dòng)離子物質(zhì)時(shí)，施加到離子物質(zhì)移動(dòng)層的電壓在約±5.0V的范圍內(nèi)。
[0036]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一方面，非易失性存儲(chǔ)器晶體管包括:源極；漏極；柵極電極；在源極和漏極之間的溝道元件；以及在柵極電極和溝道元件之間的離子物質(zhì)移動(dòng)層，其中非易失性存儲(chǔ)器晶體管的閾值電壓響應(yīng)于離子在離子物質(zhì)移動(dòng)層中移動(dòng)而變化。
[0037]在一些實(shí)施例中，非易失性存儲(chǔ)器晶體管具有多電平特性。
[0038]在一些實(shí)施例中，離子物質(zhì)移動(dòng)層包括雙極存儲(chǔ)層。
[0039]在一些實(shí)施例中，離子物質(zhì)移動(dòng)層包括靜電電勢，該靜電電勢通過根據(jù)施加到柵極電極的電壓移動(dòng)離子物質(zhì)來變化。
[0040]在一些實(shí)施例中，離子物質(zhì)包括氧離子或氧空位中的至少一個(gè)。
[0041]在一些實(shí)施例中，非易失性存儲(chǔ)器晶體管還包括在離子物質(zhì)移動(dòng)層和溝道元件之間的柵極絕緣層。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0042]通過以下結(jié)合附圖對(duì)實(shí)施例的描述，這些和/或其它方面將變得明顯且更容易理解，在附圖中:
[0043]圖1是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器晶體管的截面圖；
[0044]圖2是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器晶體管的截面圖；
[0045]圖3是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器晶體管的截面圖；
[0046]圖4是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例的、測量可用于非易失性存儲(chǔ)器晶體管的離子物質(zhì)移動(dòng)層的電阻變化特性的單元結(jié)構(gòu)的截面圖；
[0047]圖5和圖6是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例的、根據(jù)施加于非易失性存儲(chǔ)器晶體管的離子物質(zhì)移動(dòng)層的電壓的電阻變化特性的圖；
[0048]圖7和圖8是示出相對(duì)于圖4的結(jié)構(gòu)根據(jù)電壓掃描的電流變化的圖；
[0049]圖9A-圖9C是示出離子物質(zhì)移動(dòng)層的各種離子分布的例子的截面圖；
[0050]圖10是示出根據(jù)圖9A-圖9C中的離子分布變化，離子物質(zhì)移動(dòng)層的靜電電勢變化的圖；
[0051]圖11是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例的、根據(jù)非易失性存儲(chǔ)器晶體管的離子物質(zhì)移動(dòng)層的離子物質(zhì)的移動(dòng)的閾值電壓變化的圖；
[0052]圖12是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例的、表示根據(jù)非易失性存儲(chǔ)器晶體管的離子物質(zhì)移動(dòng)層的離子物質(zhì)的移動(dòng)的閾值電壓變化的仿真結(jié)果的圖；
[0053]圖13是示出通過使用傳統(tǒng)的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)形成16電平設(shè)備的例子的電路圖；
[0054]圖14是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例的、應(yīng)用非易失性存儲(chǔ)器晶體管的概念圖；
[0055]圖15是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例的、包括非易失性存儲(chǔ)器晶體管的突觸器件的截面圖；
[0056]圖16是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例的、包括非易失性存儲(chǔ)器晶體管的突觸陣列器件的電路圖；
[0057]圖17是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例的、包括突觸器件的神經(jīng)形態(tài)器件(neuromorphic device)的透視圖；以及
[0058]圖18是示出圖17的CMOS神經(jīng)元電路的示例性結(jié)構(gòu)的電路圖。

【具體實(shí)施方式】
[0059]現(xiàn)在將參照示出了示例性實(shí)施例的附圖來更全面地描述各示例性實(shí)施例。
[0060]將理解的是，當(dāng)元件被稱為在“連接到”或“耦接到”另一元件時(shí)，其可以“連接到”或“耦接到”另一元件，或者可以存在居間的元件。相比之下，當(dāng)稱一個(gè)元件“直接連接到”或“直接耦接到”另一元件時(shí)，而不存在居間元件。如本文所使用的，術(shù)語“和/或”包括一個(gè)或多個(gè)關(guān)聯(lián)的列出項(xiàng)的任意和所有組合。
[0061]將理解的是，雖然本文可以使用術(shù)語“第一”、“第二”等等以描述各元件、組件、區(qū)域、層和/或部分，但是這些元件、組件、區(qū)域、層和/或部分不應(yīng)該限于這些術(shù)語。這些術(shù)語僅用于將一個(gè)元件、組件、區(qū)域、層或部分與另一元件、組件、區(qū)域、層或部件區(qū)分開。從而，下面討論的第一元件、組件、區(qū)域、層或部分可以稱作第二元件、組件、區(qū)域、層或部分而不脫離示例性實(shí)施例的教導(dǎo)。
[0062]為了便于描述，本文可能使用空間關(guān)系詞，如“在...之下”、“下方”、“低于”、“上方”、“上”等等，來描述圖中示出的一個(gè)元件或特征與另外(多個(gè))元件或(多個(gè))特征之間的關(guān)系。將理解的是，所述空間關(guān)系詞意圖涵蓋除了附圖中描繪的方向之外的、器件在使用中或操作中的不同方向。例如，如果附圖中的器件被翻轉(zhuǎn)，則被描述為在其他元件或特征“下方”或“之下”的元件的方位將變成在所述其他元件或特征的“上方”。因此，示例性詞語“下方”可以包括上和下兩個(gè)方向?？梢允蛊骷哂衅渌?旋轉(zhuǎn)90度或其他朝向)，而本文使用的空間關(guān)系描述詞應(yīng)做相應(yīng)解釋。
[0063]本文使用的術(shù)語僅用于描述特定實(shí)施例的目的，而不意欲限制示例性實(shí)施例。本文使用的單數(shù)形式“一”、“一個(gè)”和“該”意欲也包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文明顯指示。還將理解的是，當(dāng)本說明書中使用術(shù)語“包括”時(shí)，指定所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或組件的存在，但是不排除一個(gè)或多個(gè)其它特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、存在和/或它們的組合的存在或添加。
[0064]本文參照截面圖圖示來描述示例性實(shí)施例,該截面圖圖示是理想化實(shí)施例的示意圖。因而，例如，作為制造工藝和/或容差的結(jié)果的偏離例圖的形狀是可能發(fā)生的。從而，本文描述的示例性實(shí)施例不應(yīng)該被解釋為限于如本文示出的區(qū)域的特定形狀，而是包括例如，由生產(chǎn)造成的形狀方面的偏差。例如，示出為矩形的注入?yún)^(qū)域?qū)⑼ǔＴ谶吘壧幘哂袌A形或彎曲的特征和/或注入濃度的梯度，而不是從注入?yún)^(qū)域到非注入?yún)^(qū)域的二元變化。同樣，通過注入形成的埋區(qū)可以在埋區(qū)和通過其發(fā)生注入的表面之間的區(qū)域中形成一些注入。從而，附圖中示出的區(qū)域本質(zhì)上是示意性的并且不預(yù)期它們的精確的形狀示出設(shè)備的區(qū)域的精確的形狀并且不預(yù)期限制此處闡述的示例性實(shí)施例的范圍。
[0065]除非另有定義，否則本文使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)和科學(xué)術(shù)語)具有本發(fā)明所屬的領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所通常理解的含義。還應(yīng)當(dāng)理解，諸如在通常使用的詞典中定義的那些術(shù)語應(yīng)當(dāng)被解釋為具有與相關(guān)領(lǐng)域的背景下的含義一致的含義，并且不會(huì)被在理想化或過度正式的意義上解釋，除非本文明確說明。
[0066]現(xiàn)在將詳細(xì)參考實(shí)施例，附圖中示出了其示例，其中相同的參考數(shù)字通篇指代相同的元件。對(duì)此，本實(shí)施例可以具有不同的形式并且不應(yīng)該被理解為局限于這里闡述的描述。因此，下面參照附圖描述的實(shí)施例僅用于解釋本描述的一些方面。
[0067]圖1是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器晶體管MTl的截面圖。
[0068]參照?qǐng)D1，可以提供溝道元件Cl和與溝道元件Cl相對(duì)應(yīng)的柵極電極G1。柵極絕緣層GIl可以提供在溝道元件Cl和柵極電極Gl之間。離子物質(zhì)移動(dòng)層(1nic speciesmoving layer)Ml,也被稱為離子物質(zhì)可移動(dòng)層(1nic species movable layer),可以提供在柵極絕緣層GIl和柵極電極Gl之間。柵極絕緣層GI1、離子物質(zhì)移動(dòng)層Ml和柵極電極Gl可以順序地提供在溝道元件Cl上。源極SI和漏極Dl可以提供在溝道元件Cl的相對(duì)側(cè)，并且彼此分離。源極SI和漏極Dl可以接觸源極SI和漏極Dl之間的溝道單元Cl的一部分的相對(duì)端。源極S1、漏極Dl和溝道元件Cl可以提供在襯底SUBl上。通過將預(yù)定的雜質(zhì)注入到柵極電極Gl的相對(duì)側(cè)的襯底SUBl的區(qū)域中，可以形成源極SI和漏極D1。襯底SUBl的位于源極SI和漏極Dl之間的區(qū)可以被定義為溝道元件(溝道區(qū))Cl。例如，襯底SUBl可以由硅(Si)襯底形成。
[0069]離子物質(zhì)移動(dòng)層Ml可以具有預(yù)定的離子物質(zhì)。例如，離子物質(zhì)可以包括氧離子和/或氧空位。當(dāng)電壓被施加到離子物質(zhì)移動(dòng)層Ml的兩端(例如，上端和下端)之間時(shí)，預(yù)定的離子物質(zhì)可以在離子物質(zhì)移動(dòng)層Ml內(nèi)移動(dòng)。非易失性存儲(chǔ)器晶體管MTl的閾值電壓可以根據(jù)離子物質(zhì)在離子物質(zhì)移動(dòng)層Ml中的移動(dòng)而變化。在這方面，非易失性存儲(chǔ)器晶體管MTl可以具有多電平特性。例如，非易失性存儲(chǔ)器晶體管MTl可以具有16電平或更多的多電平特性。
[0070]離子物質(zhì)移動(dòng)層Ml可以包括電阻存儲(chǔ)材料。在這種情況下，離子物質(zhì)移動(dòng)層Ml可以包括氧化物電阻器。氧化物電阻器可以是金屬氧化物電阻器等，并且可以由其電阻根據(jù)施加的電壓而變化的可變電阻材料形成?？勺冸娮璨牧峡梢杂呻p極存儲(chǔ)材料形成。離子物質(zhì)移動(dòng)層Ml可以包括PrCaMnO(PCMO)、鈦氧化物、鉭氧化物、鎳氧化物、鋅氧化物、鎢氧化物、鈷氧化物、鈮氧化物、鈦鎳氧化物、鋰鎳氧化物、銦鋅氧化物、釩氧化物、鍶鋯氧化物、鍶鈦氧化物、鉻氧化物、鐵氧化物、銅氧化物、鉿氧化物、鋯氧化物、鋁氧化物以及它們的混合物中的至少一個(gè)。以上材料可以根據(jù)形成條件具有單極或雙極特性。在本實(shí)施例中，可以使用以上材料的雙極特性。另外，以上材料的特性可以根據(jù)它們的組成比例發(fā)生很大變化。因此，以上材料被理解為具有可以表示電阻變化特性和/或雙極特性的組成比例。在鋁氧化物的情況下，具有化學(xué)計(jì)量組成的氧化物，諸如Al2O3等，可以具有電介質(zhì)(絕緣)特性，但是可以不具有電阻變化特性和/或雙極特性。相應(yīng)地，上述鋁氧化物可以被理解為具有表示電阻變化特性和/或雙極特性的非化學(xué)計(jì)量組成。相對(duì)于本文提及的其他材料和/或本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員以其他方式已知的其他材料，這也可以是有效的。離子物質(zhì)移動(dòng)層Ml的厚度可以為約10-100納米，例如，約20-80納米。
[0071]在圖1中，由于施加到柵極電極Gl的電壓與施加到襯底SUBl的主體(body)的電壓之間的差(下文中，稱為電壓差)，電壓可以被施加在離子物質(zhì)移動(dòng)層Ml的上端和下端之間。與電壓差相對(duì)應(yīng)的電壓可以分布式地施加到柵極絕緣層GIl和離子物質(zhì)移動(dòng)層Ml。在一些實(shí)施例中，由于施加到離子物質(zhì)移動(dòng)層Ml的電壓，造成離子物質(zhì)可以在離子物質(zhì)移動(dòng)層Ml中移動(dòng)。假設(shè)預(yù)定的電壓被恒定地施加到襯底SUBl的主體，則由于施加到柵極電極Gl的電壓，造成離子物質(zhì)可以在離子物質(zhì)移動(dòng)層Ml中移動(dòng)。由于施加在離子物質(zhì)移動(dòng)層Ml的上端和下端之間的電場，例如，由施加到柵極電極Gl的電壓所生成的電場，造成離子物質(zhì)可以在離子物質(zhì)移動(dòng)層Ml中移動(dòng)。
[0072]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一實(shí)施例，傳導(dǎo)層El可以，例如，在圖2中，位于柵極絕緣層GIl和離子物質(zhì)移動(dòng)層Ml之間。
[0073]參照?qǐng)D2，根據(jù)本實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器晶體管MT2還可以包括設(shè)置在柵極絕緣層GIl和非易失性存儲(chǔ)器晶體管MTl之間的傳導(dǎo)層E1。傳導(dǎo)層El可以被構(gòu)造為用作電極層，而且可以由金屬或金屬化合物形成。離子物質(zhì)移動(dòng)層Ml可以被看作在兩個(gè)電極El和Gl之間。因此，當(dāng)設(shè)置傳導(dǎo)層El時(shí)，向離子物質(zhì)移動(dòng)層Ml施加電壓或電場可以變得容易。因此，離子物質(zhì)在離子物質(zhì)移動(dòng)層Ml中的移動(dòng)可以變得便利。
[0074]當(dāng)離子物質(zhì)，例如，氧離子和/或氧空位，在離子物質(zhì)移動(dòng)層Ml中移動(dòng)時(shí)，離子物質(zhì)移動(dòng)層Ml的靜電電勢可以變化。結(jié)果，非易失性存儲(chǔ)器晶體管MTl和MT2的閾值電壓可以變化。換句話說，當(dāng)離子物質(zhì)在離子物質(zhì)移動(dòng)層Ml中移動(dòng)時(shí)，離子物質(zhì)移動(dòng)層Ml的離子物質(zhì)的分布可以變化。因此，離子物質(zhì)移動(dòng)層Ml對(duì)溝道元件Cl的電氣影響可以變化。因此，非易失性存儲(chǔ)器晶體管MTl和MT2的閾值電壓可以分別變化。當(dāng)離子物質(zhì)是負(fù)(_)離子物質(zhì)時(shí)，隨著離子物質(zhì)移動(dòng)層Ml中負(fù)(-)離子物質(zhì)的濃度朝向柵極絕緣層GIl增加，閾值電壓可以增加。當(dāng)離子物質(zhì)是正(+)離子物質(zhì)時(shí)，隨著離子物質(zhì)移動(dòng)層Ml中正(+)離子物質(zhì)的濃度朝向柵極絕緣層GIl增加，閾值電壓可以降低。離子物質(zhì)移動(dòng)層Ml的離子物質(zhì)可以以連續(xù)方式逐漸地并且可逆地在離子物質(zhì)移動(dòng)層Ml中移動(dòng)。因此，非易失性存儲(chǔ)器晶體管MTl和MT2的閾值電壓也逐漸地并且可逆地變化。從另一角度來看，由于離子物質(zhì)移動(dòng)層Ml的上端和下端之間的電場，離子物質(zhì)移動(dòng)層Ml的離子物質(zhì)可以移動(dòng)。結(jié)果，在離子物質(zhì)移動(dòng)層Ml中，內(nèi)部電場可以被改變。內(nèi)部電場的強(qiáng)度可以根據(jù)離子物質(zhì)的移動(dòng)而變化。內(nèi)部電場可以逐漸地并且可逆地變化。由于內(nèi)部電場的這種改變，非易失性存儲(chǔ)器晶體管MTl和MT2的閾值電壓可以被改變。另外，離子物質(zhì)移動(dòng)層Ml的預(yù)定區(qū)中的電容可以根據(jù)離子物質(zhì)的移動(dòng)而改變，而且閾值電壓可以由于電容的改變而變化。后面將更詳細(xì)地描述根據(jù)離子物質(zhì)移動(dòng)層Ml的離子物質(zhì)的移動(dòng)而改變閾值電壓。
[0075]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的另一實(shí)施例，圖1和圖2的結(jié)構(gòu)中的離子物質(zhì)移動(dòng)層Ml可以形成在多層結(jié)構(gòu)中。圖3中示出了多層結(jié)構(gòu)的例子。更具體地，圖3示出了圖2的離子物質(zhì)移動(dòng)層Ml具有多層結(jié)構(gòu)的情況。
[0076]參照?qǐng)D3，根據(jù)本實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器晶體管MT3可以包括多層結(jié)構(gòu)的離子物質(zhì)移動(dòng)層M2。離子物質(zhì)移動(dòng)層M2可以包括，例如，雙層結(jié)構(gòu)。在這種情況下，離子物質(zhì)移動(dòng)層M2可以包括第一材料層10和第二材料層20。氧離子和/或氧空位可以在第一材料層10中。相對(duì)于第二材料層20，第一材料層10可以用作“氧供給層”。第一材料層10也可以被稱為“氧貯存庫層”。第二材料層20可以類似于第一材料層10，并且可以包括氧離子和/或氧空位。第二材料層20可以與第一材料層10交換氧離子和/或氧空位，而且可以感應(yīng)離子物質(zhì)移動(dòng)層M2的電阻變化。在這方面，第二材料層20可以被稱為“氧交換層”。第二材料層20的氧濃度可以高于第一材料層10的氧濃度。
[0077]圖4是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例的、測量可用于非易失性存儲(chǔ)器晶體管的離子物質(zhì)移動(dòng)層的電阻變化特性的單元結(jié)構(gòu)的截面圖。
[0078]參照?qǐng)D4，離子物質(zhì)移動(dòng)層MlO設(shè)置在兩個(gè)電極(下文中，稱為第一電極和第二電極)ElO和E20之間。離子物質(zhì)移動(dòng)層MlO可以具有大量的氧離子。氧離子可以響應(yīng)于施加在第一電極ElO和第二電極E20之間的電壓而移動(dòng)。例如，當(dāng)正(+)電壓被施加到第一電極ElO而且負(fù)(-)電壓被施加到第二電極E20時(shí)，氧離子可以朝向第一電極ElO移動(dòng)一定程度。當(dāng)負(fù)(_)電壓被施加到第一電極ElO而且正(+)電壓被施加到第二電極E20時(shí)，氧離子可以朝向第二電極E20移動(dòng)一定程度。如果相同的電壓信號(hào)被反復(fù)施加在兩個(gè)電極ElO和E20之間，則氧離子可以根據(jù)施加的信號(hào)的頻率，沿任一方向逐漸地(累積地)移動(dòng)。離子物質(zhì)移動(dòng)層MlO的氧空位(未示出)可以沿與氧離子相反的方向移動(dòng)。氧離子可以具有負(fù)㈠電荷，而氧空位可以具有正⑴電荷。
[0079]圖5和圖6是分別示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例的、根據(jù)可用于非易失性存儲(chǔ)器晶體管的離子物質(zhì)移動(dòng)層的施加電壓的電阻變化特性的圖。圖5和圖6示出了圖4的結(jié)構(gòu)的電壓-電流特性變化。圖5示出了圖4的離子物質(zhì)移動(dòng)層MlO是PCMO層的情況。圖6示出了圖4的離子物質(zhì)移動(dòng)層MlO是TaOx層的情況。圖5表示反復(fù)測量0N/0FF (開/關(guān))操作，也就是說，設(shè)置/復(fù)位操作的結(jié)果。圖6表示一次0N/0FF掃描操作的結(jié)果。
[0080]參照?qǐng)D5，可以看出，電阻變化圖的電流電平被劃分為許多不同的電平。因此，離子物質(zhì)移動(dòng)層MlO可以具有多電平特性。另外，可以看出，PCMO層的電阻變化可以在約土4.0V的范圍內(nèi)進(jìn)行。
[0081]參照?qǐng)D6，可以看出，TaOx層的電阻變化可以在約±2.5V的電壓范圍內(nèi)進(jìn)行。相應(yīng)地，離子物質(zhì)移動(dòng)層MlO的電阻的變化可以發(fā)生在約±2.5V的低電壓范圍內(nèi)。
[0082]圖7和圖8是示出相對(duì)于圖4的結(jié)構(gòu)根據(jù)電壓掃描的電流變化的圖。具體地，圖7示出了在將兩個(gè)電極ElO和E20之間的電壓從1.9 V增加到2.4 V時(shí)電流變化的測量結(jié)果，而且圖8示出了在例如將兩個(gè)電極ElO和E20之間的電壓從-0.8V增加到-1.6 V，增加電壓的絕對(duì)值，時(shí)電流變化的測量結(jié)果。
[0083]參照?qǐng)D7和圖8，可以看出，電流根據(jù)電壓掃描逐漸減小或增大。因此，圖4所示的結(jié)構(gòu)的電阻可以根據(jù)電壓掃描方向逐漸減小或增大。
[0084]圖9A-圖9C是示出本文所描述的離子物質(zhì)移動(dòng)層MlO的各種離子分布的例子的截面圖?？梢钥闯?，氧離子被累積在上側(cè)，即，朝向上表面，如圖9A和圖9C之間所示。離子物質(zhì)移動(dòng)層MlO中氧離子的分布的變化可以意味著，預(yù)定區(qū)中氧離子的密度可以變化。離子物質(zhì)移動(dòng)層MlO的離子分布可以根據(jù)施加到離子物質(zhì)移動(dòng)層MlO的電壓而逐漸變化。
[0085]圖10是表示根據(jù)圖9A-圖9C中的離子分布變化，離子物質(zhì)移動(dòng)層MlO的靜電電勢變化的圖。圖10中的曲線(A)、(B)和(C)分別對(duì)應(yīng)于圖9A-圖9C。從圖10的結(jié)果可以看出，靜電電勢根據(jù)離子分布變化而逐漸變化。
[0086]圖11是表示根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例的、根據(jù)非易失性存儲(chǔ)器晶體管的離子物質(zhì)移動(dòng)層的離子物質(zhì)的移動(dòng)的閾值電壓變化的圖。
[0087]參照?qǐng)D11，隨著氧離子的數(shù)目在接近晶體管的溝道區(qū)的離子物質(zhì)移動(dòng)層一例如，圖1和圖2的離子物質(zhì)移動(dòng)層Ml—的一部分，即，下端部，中增加，閾值電壓可以沿正(+)方向逐漸增加。這是因?yàn)?，隨著氧離子的數(shù)目在接近溝道區(qū)的離子物質(zhì)移動(dòng)層Ml的一部分中增加，正(+)電荷可以在溝道區(qū)中累積。因此，需要更高的電壓以形成η-溝道。在圖11中，氧離子的數(shù)目不同于，例如，相對(duì)的氧空位的數(shù)目。因此，隨著氧空位的數(shù)目在接近晶體管的溝道區(qū)的離子物質(zhì)移動(dòng)層的一部分，即，下端部，中減少，閾值電壓可以沿正(+)方向逐漸增加。隨著氧離子或氧空位逐漸移動(dòng)，閾值電壓可以逐漸變化。離子物質(zhì)的移動(dòng)以及閾值電壓的變化可以是非易失性的。換句話說，離子物質(zhì)可以響應(yīng)于電壓的施加而移動(dòng)，并且當(dāng)電壓的施加被移除時(shí)，可以持續(xù)保持最終狀態(tài)。
[0088]圖12是表示根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例的、表示根據(jù)非易失性存儲(chǔ)器晶體管的離子物質(zhì)移動(dòng)層的離子物質(zhì)的移動(dòng)的閾值電壓變化的仿真結(jié)果的圖。當(dāng)朝向溝道區(qū)或柵極電極移動(dòng)正(+)離子物質(zhì)時(shí)，對(duì)柵電壓Vg-漏電流Id特性進(jìn)行了評(píng)估。
[0089]參照?qǐng)D12，隨著正(+)離子物質(zhì)，即，正電荷，靠近晶體管的柵極電極移動(dòng)，存儲(chǔ)器晶體管的閾值電壓逐漸增加。隨著正(+)離子物質(zhì)靠近溝道區(qū)移動(dòng)時(shí)，閾值電壓逐漸減少。這樣的結(jié)果可以類似于圖11的圖所示的結(jié)果。此外，從圖12的圖可以看出，在預(yù)定的柵極電壓，例如，I伏處，輸出多電平的漏極電流。根據(jù)閾值電壓的變化，可以輸出多電平漏極電流。
[0090]即使在存儲(chǔ)器晶體管具有小的尺寸或相關(guān)配置參數(shù)的情況下，根據(jù)本實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器晶體管也可以具有低工作電壓，例如，約±5.0V范圍內(nèi)的工作電壓，并具有足夠大的多電平特性。換句話說，如圖5和圖6中所述，由于離子物質(zhì)移動(dòng)層的電阻的變化可以在約±4.0V或±2.5V范圍內(nèi)的低電壓處進(jìn)行，因此非易失性存儲(chǔ)器晶體管可以在低電壓范圍內(nèi)工作。此外，如上參照?qǐng)D11和圖12所述，由于通過逐漸移動(dòng)離子物質(zhì)移動(dòng)層的離子物質(zhì)來逐漸改變存儲(chǔ)器晶體管的閾值電壓，因此可以容易地獲得16電平或更多的多電平特性。
[0091]由于根據(jù)一些實(shí)施例的快閃存儲(chǔ)器使用隧道注入電子，因此快閃存儲(chǔ)器的工作電壓可以較高，例如，約10-20V。此外，由于在浮置柵極中捕獲的電子的數(shù)目是有限的，因此它難以實(shí)現(xiàn)多比特特性。然而，根據(jù)本實(shí)施例，即使非易失性存儲(chǔ)器件的尺寸很小，它也工作在低電壓范圍而且具有足夠大的多電平特性，從而克服了與快閃存儲(chǔ)器相關(guān)聯(lián)的上述問題。
[0092]圖13是示出通過使用傳統(tǒng)的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(SRAM)形成16電平(4比特)設(shè)備的例子的電路圖。
[0093]參照?qǐng)D13，為了利用傳統(tǒng)的SRAM配置16電平(4比特)設(shè)備，需要多個(gè)靜態(tài)存儲(chǔ)器(例如，16個(gè)SRAM)以及外圍電路(未示出)。每個(gè)SRAM可以包括6個(gè)晶體管。因此，當(dāng)利用傳統(tǒng)的SRAM配置16電平(4比特)設(shè)備時(shí)，至少需要96個(gè)晶體管。
[0094]然而，根據(jù)本實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器晶體管，可以相對(duì)于單個(gè)晶體管具體實(shí)現(xiàn)16電平或更多的多電平特性。因此，當(dāng)使用根據(jù)本實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器晶體管配置預(yù)定的電路時(shí)，可以大大地減少所需的單元設(shè)備的數(shù)目并且可以簡化電路的結(jié)構(gòu)。因此，可以極大地減少整個(gè)系統(tǒng)的尺寸。
[0095]根據(jù)本實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器晶體管可以被用于各種目的，例如，用于各種電子裝置和邏輯設(shè)備。特別地，非易失性存儲(chǔ)器晶體管可以應(yīng)用于突觸(synapse)器件/電路。眾所周知，突觸指的是用于連接神經(jīng)元細(xì)胞的結(jié)點(diǎn)(junct1n)，而且對(duì)學(xué)習(xí)和記憶而言很重要。由于每當(dāng)轉(zhuǎn)移信號(hào)(transfer signal)流過突觸時(shí)突觸被加強(qiáng)，因此當(dāng)電壓被施加到根據(jù)本實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器晶體管的柵極電極時(shí)，離子物質(zhì)移動(dòng)層的電特性變化并且由此晶體管的閾值電壓可以逐漸地(累積地)變化。另外，閾值電壓的變化可以是非易失性的。因此，根據(jù)本實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器晶體管可以應(yīng)用于突觸器件/電路。由于非易失性存儲(chǔ)器晶體管可以具有16電平或更多的多電平特性并且可以工作在低電壓范圍，因此當(dāng)通過使用該非易失性存儲(chǔ)器晶體管配置突觸器件/電路時(shí)，器件/電路的尺寸可以被大大降低而且功耗可以被降低。此外，由于非易失性存儲(chǔ)器晶體管工作在低電壓，因此它的可靠性也可以得到改善。
[0096]圖14是示出將根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器晶體管MTlO應(yīng)用于突觸器件的情況的概念圖。
[0097]參照?qǐng)D14，當(dāng)前神經(jīng)元和后神經(jīng)元之間的突觸或結(jié)點(diǎn)被配置在電路中時(shí)，可以使用根據(jù)本實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器晶體管MT10。前神經(jīng)元可以輸入前尖峰信號(hào)到突觸。突觸可以將預(yù)定的突觸信號(hào)轉(zhuǎn)移到后神經(jīng)元。后神經(jīng)元可以輸出后尖峰信號(hào)。非易失性存儲(chǔ)器晶體管MTlO可以連接前突觸神經(jīng)元電路NI和后突觸神經(jīng)元電路N2。這樣的配置可以在圖5中所示的電路中示出。
[0098]參照?qǐng)D15，非易失性存儲(chǔ)器晶體管MTlO的柵極電極Gl可以連接到前突觸神經(jīng)元電路NI。非易失性存儲(chǔ)器晶體管MTlO的源極SI可以連接到后突觸神經(jīng)元電路N2。前尖峰信號(hào)可以從前突觸神經(jīng)元電路NI施加到柵極電極G1。后突觸電流可以經(jīng)由源極SI流向后突觸神經(jīng)元電路N2。后突觸神經(jīng)元電路N2可以生成后尖峰信號(hào)。預(yù)定的電壓VDS可以被施加到非易失性存儲(chǔ)器晶體管MTlO的漏極Dl。
[0099]隨著尖峰信號(hào)被反復(fù)施加到柵極電極G1，非易失性存儲(chǔ)器晶體管MTlO的閾值電壓可以沿正(+)方向或負(fù)(_)方向逐漸改變。當(dāng)閾值電壓的變化超過預(yù)定的臨界點(diǎn)時(shí)，非易失性存儲(chǔ)器晶體管MTlO可以被前尖峰信號(hào)導(dǎo)通。此時(shí)，后突觸電流可以經(jīng)由源極SI流向后突觸神經(jīng)元電路N2。
[0100]圖16是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例的、包括非易失性存儲(chǔ)器晶體管MTlO的突觸陣列器件的電路圖。
[0101]參照?qǐng)D16，多個(gè)非易失性存儲(chǔ)器晶體管MTlO可以沿多個(gè)行和列布置。多個(gè)第一配線Wl和多個(gè)第二配線W2可以被布置為相互交叉。非易失性存儲(chǔ)器晶體管MTlO可以位于第一配線Wl和第二配線W2的每個(gè)交叉點(diǎn)處。第一配線Wl可以連接到非易失性存儲(chǔ)器晶體管MTlO的柵極電極。第二配線W2可以連接到非易失性存儲(chǔ)器晶體管MTlO的源極。第一配線Wl可以連接到前突觸神經(jīng)元電路NlO。第二配線W2可以連接到后突觸神經(jīng)元電路N20。預(yù)定的電壓Vds可以被施加到非易失性存儲(chǔ)器晶體管MTlO的漏極。
[0102]前尖峰信號(hào)可以經(jīng)由第一配線Wl從前突觸神經(jīng)元電路的NlO施加到非易失性存儲(chǔ)器晶體管MTlO的柵極電極。后突觸電流可以經(jīng)由非易失性存儲(chǔ)器晶體管MTlO的源極流向后突觸神經(jīng)元電路N20。后突觸神經(jīng)元電路N20可以生成后尖峰信號(hào)。
[0103]圖17是示出根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例的、包括突觸器件200的神經(jīng)形態(tài)器件的透視圖。
[0104]參照?qǐng)D17，神經(jīng)形態(tài)器件可以包括互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)神經(jīng)元電路100和連接到CMOS神經(jīng)元電路100的突觸器件200。CMOS神經(jīng)元電路100可以提供在預(yù)定的襯底，例如，硅(Si)襯底，上。CMOS神經(jīng)元電路100可以包括例如，如本文所述的前突觸神經(jīng)元電路和后突觸神經(jīng)元電路。突觸器件200可以具有根據(jù)本實(shí)施例的陣列結(jié)構(gòu)，例如，圖16的陣列結(jié)構(gòu)。為了便于說明，突觸器件200被示意性地示出。圖17的神經(jīng)元形態(tài)器件的結(jié)構(gòu)是示例性的，而且可以對(duì)其進(jìn)行各種修改。
[0105]圖17的CMOS的神經(jīng)元電路100可以具有，例如，與圖18所示的電路結(jié)構(gòu)相似或相同的電路結(jié)構(gòu)。CMOS神經(jīng)元電路100的結(jié)構(gòu)是公知的，并且因此在本文中將省略其詳細(xì)描述。
[0106]根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器晶體管可以應(yīng)用于各種電子設(shè)備或邏輯設(shè)備。例如，如上所述，非易失性存儲(chǔ)器晶體管可以應(yīng)用于突觸器件，而且突觸器件可以應(yīng)用于神經(jīng)形態(tài)設(shè)備。同聲傳譯是與此技術(shù)相關(guān)的應(yīng)用領(lǐng)域之一。另外，非易失性存儲(chǔ)器晶體管可以應(yīng)用于多值邏輯，其利用單個(gè)單元同時(shí)操作多電平。在這種情況下，操作速度可以增加，而且設(shè)備的尺寸可以減小。非易失性存儲(chǔ)器晶體管可以被用于利用混合CMOS/多值電路執(zhí)行模擬運(yùn)算的設(shè)備。另外，根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的非易失性存儲(chǔ)器晶體管可以應(yīng)用于具有人工智能功能的電路或芯片、操作為神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)的電路或芯片、克服現(xiàn)有數(shù)字方法的信息處理限制的技術(shù)、能夠執(zhí)行像神經(jīng)元一樣的操作的電路或芯片、能夠同時(shí)切換和記憶的設(shè)備等等。
[0107]操作根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思的實(shí)施例的非易失性存儲(chǔ)器晶體管的方法被總結(jié)如下。操作非易失性存儲(chǔ)器晶體管的方法可以包括，通過將電壓施加到柵極電極在離子物質(zhì)移動(dòng)層中移動(dòng)離子物質(zhì)，并且激活非易失性存儲(chǔ)器晶體管。在移動(dòng)離子物質(zhì)時(shí)，施加到離子物質(zhì)移動(dòng)層的電壓可以是在約±5.0 V的范圍內(nèi)的低電壓。詳細(xì)地，在圖1到圖3和圖14的結(jié)構(gòu)中，通過將預(yù)定的電壓施加到柵極電極G1，可以在離子物質(zhì)移動(dòng)層Ml和M2中移動(dòng)離子物質(zhì)。移動(dòng)離子物質(zhì)可以分別改變存儲(chǔ)器晶體管MT1、MT2、MT3和MTlO的閾值電壓。通過將電壓反復(fù)施加到柵極電極G1，閾值電壓可以逐漸變化，例如，沿正⑴方向或負(fù)㈠方向逐漸變化。當(dāng)閾值電壓的變化超過預(yù)定的臨界點(diǎn)時(shí)，存儲(chǔ)器晶體管MT1、MT2、MT3和MTlO可以被電壓導(dǎo)通。因此，預(yù)定的信號(hào)，例如，電流/電壓信號(hào)，可以通過源極SI輸出。然而，這個(gè)操作方法是示例性的，而且可以根據(jù)所應(yīng)用的領(lǐng)域和用途被不同地修改。
[0108]應(yīng)當(dāng)理解，本文所描述的示例性實(shí)施例應(yīng)被認(rèn)為是描述意義的，而不是用于限制。例如，本發(fā)明構(gòu)思所涉及的領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將理解，圖1到圖3中的非易失性存儲(chǔ)器晶體管的結(jié)構(gòu)可以以各種方式進(jìn)行修改。詳細(xì)地，除了離子物質(zhì)移動(dòng)層Ml和M2以及傳導(dǎo)層E1，還可以在柵極絕緣層GIl和柵極電極Gl之間設(shè)置一個(gè)或多個(gè)其他材料層。源極S1、漏極Dl和溝道元件Cl的配置可以以各種方式進(jìn)行修改。另外，圖15到圖17中的突觸器件的結(jié)構(gòu)、以及包括突觸器件的裝置也可以被不同地修改。每個(gè)實(shí)施例內(nèi)的特征或方面的描述通常應(yīng)該被認(rèn)為可用于其他實(shí)施例中的其它類似特征或方面。
【權(quán)利要求】
1.一種非易失性存儲(chǔ)器晶體管，包括: 溝道元件； 與溝道元件相對(duì)應(yīng)的柵極電極； 在溝道元件和柵極電極之間的柵極絕緣層； 在柵極絕緣層和柵極電極之間的離子物質(zhì)移動(dòng)層；以及 相對(duì)于溝道元件彼此分離的源極和漏極，其中根據(jù)施加到柵極電極的電壓在離子物質(zhì)移動(dòng)層發(fā)生離子物質(zhì)的移動(dòng)，其中閾值電壓根據(jù)離子物質(zhì)的移動(dòng)而變化，而且其中非易失性存儲(chǔ)器晶體管具有多電平特性。
2.如權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器晶體管，其中，所述離子物質(zhì)移動(dòng)層包括可變電阻材料。
3.如權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器晶體管，其中，所述離子物質(zhì)移動(dòng)層包括雙極存儲(chǔ)層。
4.如權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器晶體管，其中，所述離子物質(zhì)移動(dòng)層包括PrCaMnO (PCMO)、鈦氧化物、鉭氧化物、鎳氧化物、鋅氧化物、鎢氧化物、鈷氧化物、鈮氧化物、鈦鎳氧化物、鋰鎳氧化物、銦鋅氧化物、fL氧化物、銀錯(cuò)氧化物、銀鈦氧化物、鉻氧化物、鐵氧化物、銅氧化物、鉿氧化物、鋯氧化物、鋁氧化物以及它們的混合物中的至少一個(gè)
5.如權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器晶體管，其中，所述離子物質(zhì)移動(dòng)層包括負(fù)離子物質(zhì)，而且所述閾值電壓隨著離子物質(zhì)移動(dòng)層中負(fù)離子物質(zhì)的濃度沿朝向柵極絕緣層的方向增加而增加。
6.如權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器晶體管，其中，所述離子物質(zhì)移動(dòng)層包括正離子物質(zhì)，而且所述閾值電壓隨著離子物質(zhì)移動(dòng)層中正離子物質(zhì)的濃度沿朝向柵極絕緣層的方向增加而降低。
7.如權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器晶體管，其中，所述離子物質(zhì)移動(dòng)層包括氧離子或氧空位中的至少一個(gè)作為離子物質(zhì)。
8.如權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器晶體管，還包括在柵極絕緣層和離子物質(zhì)移動(dòng)層之間的傳導(dǎo)層。
9.如權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器晶體管，其中，具有包括至少十六個(gè)電平的多電平特性。
10.如權(quán)利要求1所述的非易失性存儲(chǔ)器晶體管，其中，所述離子物質(zhì)移動(dòng)層具有單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)。
11.一種非易失性存儲(chǔ)器晶體管，包括: 溝道元件； 與溝道元件相對(duì)應(yīng)的柵極電極； 在溝道元件和柵極電極之間的柵極絕緣層； 在柵極絕緣層和柵極電極之間的雙極存儲(chǔ)層；以及 相對(duì)于溝道元件彼此分離的源極和漏極。
12.如權(quán)利要求11所述的非易失性存儲(chǔ)器晶體管，還包括在柵極絕緣層和雙極存儲(chǔ)層之間的電極層。
13.—種包括非易失性存儲(chǔ)器晶體管的突觸器件，該非易失性存儲(chǔ)器晶體管包括: 溝道元件； 與溝道元件相對(duì)應(yīng)的柵極電極； 在溝道元件和柵極電極之間的柵極絕緣層； 在柵極絕緣層和柵極電極之間的離子物質(zhì)移動(dòng)層；以及 相對(duì)于溝道元件彼此分離的源極和漏極，其中根據(jù)施加到柵極電極的電壓在離子物質(zhì)移動(dòng)層發(fā)生離子物質(zhì)的移動(dòng)，其中閾值電壓根據(jù)離子物質(zhì)的移動(dòng)而變化，而且其中非易失性存儲(chǔ)器晶體管具有多電平特性。
14.如權(quán)利要求13所述的突觸器件，其中，所述非易失性存儲(chǔ)器晶體管的柵極電極連接到前突觸神經(jīng)元電路，而且所述非易失性存儲(chǔ)器晶體管的源極連接到后突觸神經(jīng)元電路。
15.如權(quán)利要求13所述的突觸器件，其中，所述非易失性存儲(chǔ)器晶體管包括布置在多個(gè)行和列中的多個(gè)非易失性存儲(chǔ)器晶體。
16.如權(quán)利要求15所述的突觸器件，還包括: 多個(gè)第一配線；以及 與所述多個(gè)第一配線交叉的多個(gè)第二配線，其中所述多個(gè)非易失性存儲(chǔ)器晶體管位于所述多個(gè)第一配線和所述多個(gè)第二配線的交叉點(diǎn)處。
17.—種神經(jīng)形態(tài)器件，包括: 突觸器件，該突觸器件包括: 非易失性存儲(chǔ)器晶體管，該非易失性存儲(chǔ)器晶體管包括: 溝道元件； 與溝道元件相對(duì)應(yīng)的柵極電極； 在溝道元件和柵極電極之間的柵極絕緣層； 在柵極絕緣層和柵極電極之間的離子物質(zhì)移動(dòng)層；以及 相對(duì)于溝道元件彼此分離的源極和漏極，其中根據(jù)施加到柵極電極的電壓在離子物質(zhì)移動(dòng)層發(fā)生離子物質(zhì)的移動(dòng)，其中閾值電壓根據(jù)離子物質(zhì)的移動(dòng)而變化，而且其中非易失性存儲(chǔ)器晶體管具有多電平特性。
18.如權(quán)利要求17所述的神經(jīng)形態(tài)器件，還包括連接到突觸器件的互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)神經(jīng)元電路。
19.一種操作非易失性存儲(chǔ)器晶體管的方法，該方法包括: 通過將電壓施加到柵極電極，在離子物質(zhì)移動(dòng)層中移動(dòng)離子物質(zhì)；以及 導(dǎo)通非易失性存儲(chǔ)器晶體管。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，其中，在移動(dòng)離子物質(zhì)時(shí)，施加到離子物質(zhì)移動(dòng)層的電壓在約±5.0V的范圍內(nèi)。
21.一種非易失性存儲(chǔ)器晶體管，包括: 源極； 漏極； 柵極電極； 在源極和漏極之間的溝道元件；以及 在柵極電極和溝道元件之間的離子物質(zhì)移動(dòng)層，其中非易失性存儲(chǔ)器晶體管的閾值電壓響應(yīng)于離子在離子物質(zhì)移動(dòng)層中移動(dòng)而變化。
22.如權(quán)利要求21所述的非易失性存儲(chǔ)器晶體管，其中所述非易失性存儲(chǔ)器晶體管具有多電平特性。
23.如權(quán)利要求21所述的非易失性存儲(chǔ)器晶體管，其中所述離子物質(zhì)移動(dòng)層包括雙極存儲(chǔ)層。
24.如權(quán)利要求21所述的非易失性存儲(chǔ)器晶體管，其中所述離子物質(zhì)移動(dòng)層包括靜電電勢，該靜電電勢通過根據(jù)施加到柵極電極的電壓移動(dòng)離子物質(zhì)來變化。
25.如權(quán)利要求21所述的非易失性存儲(chǔ)器晶體管，還包括在離子物質(zhì)移動(dòng)層和溝道元件之間的柵極絕緣層。
【文檔編號(hào)】H01L21/8247GK104347520SQ201410366642
【公開日】2015年2月11日 申請(qǐng)日期:2014年7月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月29日
【發(fā)明者】李明宰, 趙成豪, 金鎬正, 樸永洙, D.徐, 柳寅敬 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社