一种半导体阻变存储器的光电无串扰读取方法

本发明涉及阻变存储器的，具体涉及一种光电导无串扰阻变存储器件及其制备方法。

背景技术：

1、阻变存储器件具有结构简单、高集成度、高速度、低功耗、可设计性强等优势，受到人们广泛研究。基于十字交叉结构的阻变存储器件在非易失存储、逻辑计算和神经形态计算等领域具有非常重要的应用前景。然而，十字交叉结构中存在的电流串扰问题限制了大规模阵列的实现，是阻变存储器件走向实用的主要瓶颈之一。

2、传统解决电流串扰问题主要是通过在单个存储单元外围引入一个额外选择单元以抑制寄生电流，如场效应晶体管-存储器(1t1r)结构、二极管-存储器(1d1r)结构以及选通器-存储器(1s1r)结构。其中，1t1r结构较为复杂，元件尺寸较大，难以展现阻变存储器件本身结构简单的优势，不利于高密度信息存储的实现。1d1r结构的器件负向电流处于抑制状态，双极性存储器在负向无法进行数据擦除，只适用于单极性阻变存储器。1s1r结构中的选择器主要基于金属氧化物或是二维材料，制备工艺较复杂导致高成本。

3、对比文件201610591550.4，一种适用于交叉阵列的自选择阻变存储器及其读取方法，对比发明中存储介质层为过渡金属氧化物，本发明为具有光电导效应的半导体介质，材料可选择范围更广；对比发明中要求存储介质层中形成较细的导电细丝，因此需采用较薄的活性电极和较小的限流值，本发明无此限制；对比发明中在读取过程中对状态1的读取是破坏性的，之后需要进行reset和正向set加以恢复，本发明提出的光电无串扰读取方法为非破坏性读取方法，实施读取操作不会改变存储单元的存储状态。

4、通过研究发现，亟需发展新手段来解决阻变存储阵列中的电流串扰问题。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提供一种半导体阻变存储器的光电无串扰读取方法，阻变存储单元在十字交叉阵列中的无串扰读取。

2、本发明主要讨论半导体阻变存储器在十字交叉阵列应用时的读写操作模式，半导体阻变存储器，在特定的电压/电流激励下，其阻值可以在高阻态和低阻态之间相互转换，将器件从高阻态转变为低阻态的过程称为set，而从低阻态转变为高阻态的过程称为reset。

3、基于半导体存储介质的阻变存储器件，其阻变机制主要是活泼电极如ag、cu等在半导体介质中形成连通两端电极的导电细丝引起的。当器件处于高阻态时，导电细丝没有连通两端电极，光源照射在半导体介质上时产生光生载流子，形成光电流。当器件处于低阻态时，导电细丝连通两端电极，器件实际上呈短路状态，光源照射下无法有效形成光电流。

4、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

5、一种半导体阻变存储器，半导体阻变存储器由电极一、存储介质层和电极二组成，所采用的存储介质层为具有光电导效应的半导体介质，其中光电导效应的半导体介质可以参考下列文献：chem.soc.rev.,2012,41,1754；infomat,2019,1,33。

6、本发明提出的半导体阻变存储器的光电无串扰读取方法，包括如下步骤：

7、1)在器件set过程中，对器件从0开始施加正向电压，直到器件发生set转换，其阻值从高阻态转变为低阻态。

8、2)在器件reset过程中，对器件从0开始施加负向电压，直到器件发生reset转换，其阻值从低阻态转变为高阻态。

9、3)将器件的本身的高阻态记作状态0，器件在set操作后形成的低阻态记作状态1，这两个状态用作存储。则写入1和0的操作与上述的set、reset过程相同。

10、4)在读操作中，对器件施加光刺激，当器件处于高阻态时，能够监测到明显的光电流；当器件处于低阻态时，无法监测到相应的光电流；因此，能够监测到光电流时，可以判断器件处于高阻态；无法监测到光电流时，可以判断器件处于低阻态。。

11、进一步的，所述步骤4)中，在读操作中，设置的读取电压为0v。

12、进一步的，所述步骤4)中，对器件施加的光刺激为脉冲光，波长与存储介质的吸收波长吻合。

13、进一步的，所述步骤4)中，对器件施加的光刺激时，须通过半导体参数分析仪实时监测存储单元的光电流。

14、有益效果

15、与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：

16、本发明利用半导体阻变存储器处于不同阻态下光电导响应不同的特性，采用光电读取的方式感知存储器的存储状态。结合特定的读写操作，能够有效避免十字交叉结构阻变存储阵列采用电压读取过程中的串扰电流，对于阻变存储器和无串扰读取技术的发展具有重要价值。

技术特征：

1.一种半导体阻变存储器，所述半导体阻变存储器由电极一、存储介质层和电极二组成，其特征在于：所述的存储介质层为具有光电导效应的半导体介质。

2.如权利要求1所述半导体阻变存储器的光电无串扰读取方法，包括如下步骤：

3.如权利要求3所述的光电无串扰读取方法，其特征在于，在读操作中，设置的读取电压为0v。

4.如权利要求3所述的光电无串扰读取方法，其特征在于，对器件施加的光刺激为脉冲光，波长与存储介质的吸收波长吻合。

5.如权利要求3所述的光电无串扰读取方法，其特征在于，对器件施加的光刺激时，须通过半导体参数分析仪实时监测存储单元的光电流。

技术总结本发明公开了一种基于光电导效应感知半导体阻变存储器存储态的无串扰读取技术，所述半导体阻变存储器采用具有光电导效应的半导体存储介质层。本发明所述的光电无串扰读取方法包括：对存储单元施加光刺激，当存储单元处于高阻态时，能够监测到明显的光电流；当存储单元处于低阻态时，无法监测到相应的光电流；根据是否监测到光电流来判断存储器的存储状态。根据本发明的阻变存储器件的读取方法无需额外选择单元，即可避免十字交叉结构阻变存储阵列采用电压读取过程中的串扰电流，实现了无串扰读取。技术研发人员：刘举庆,周哲,黄维受保护的技术使用者：南京工业大学技术研发日：技术公布日：2024/2/25