一种存储芯片、存储设备和电子设备的制作方法

本技术实施例涉及计算机领域，尤其涉及一种存储芯片、存储设备和电子设备。

背景技术：

1、随着移动互联网、云计算、大数据、深度学习、物联网等技术的广泛应用，市场对低时延、高密度、大容量的数据存储的需求快速增长，其中，相变存储芯片作为应用前景被看好的非易失存储技术之一，已经在多种存储结构方向得到了商业化。

2、在一种存储芯片中，每个基本存储单元包括非易失存储芯片(non volatilememory，nvm)、选通管和多层电极材料。使用了选通管作为开关，在读写擦除操作方面要求nvm和选通管的电学性能相匹配。也就是说，选通管和nvm的串联方案复杂，导致制备工艺难，成本高。

技术实现思路

1、本技术实施例提供了一种存储芯片、存储设备和电子设备。存储芯片中包括了多个存储单元，每个存储单元包括至少一个自选通存储层，且每层自选通存储层位于材料不同的第一缓冲层和第二缓冲层之间，并与第一缓冲层和第二缓冲层接触。自选通存储层具有选通特性和存储特性，使得每个存储单元在其两端的电压差值大于或等于电压阈值的情况下，导通自选通存储层，进行数据读写操作，相较于选通管和nvm的串联方案，降低了工艺的难度和成本。同时，由于与自选通存储层接触的第一缓冲层和第二缓冲层的材料不同，在相邻层的界面处引入了不对称性，可以扩大存储芯片的存储窗口大小，提升了存储单元进行读操作的速度。

2、本技术实施例第一方面提供了一种存储芯片，包括多个存储单元(cell)。

3、多个存储单元中的每个存储单元包括至少一个自选通存储层，其中的每个自选通存储层位于位于第一缓冲层与第二缓冲层中间，并与第一缓冲层与第二缓冲层接触。其中，自选通存储层具有选通特性和存储特性，构成第一缓冲层与第二缓冲层的材料的化合物不同。这里所说的化合物不同，是指化学成分的不同，包括化学元素不同；也包括化学元素虽然相同，但是化学元素组成不同，也即具有不同的化学组分，例如si0.05c0.95与si0.5c0.5就属于这种情况。在每个存储单元两端的电压差值大于或等于阈值的情况下，存储单元中的自选通存储层就处于导通状态，能够对自选通存储层进行读写操作，也即存储数据至所述自选通存储层或者从所述自选通存储层读取已存储的数据。其中，每个存储单元具有至少两个不同大小的阈值电压，用于非易失性的数据存储，对应数据态分别为0态和1态。

4、从以上技术方案可以看出，本技术实施例具有以下优点：

5、存储单元在其两端的电压差值大于或等于阈值的情况下，就可以导通存储单元中的自选通存储层进行数据读写，相较于选通管和nvm的串联方案，降低了工艺的难度和成本。同时，由于构成第一缓冲层和第二缓冲层的材料的化合物不同，在自选通存储层与缓冲层的接触界面处引入了不对称性，可以扩大存储芯片的存储窗口大小，提升了存储单元进行读操作的速度。其具体原理可以解释为不同化学成分的缓冲层与自选通存储层之间具有不同的功函数或者接触势，从而在具有不同化学成分的各个层的界面处形成不同大小的势垒，能够调整存储单元对应的电压阈值，以扩大存储窗口大小。另外，在存储单元包括一个自选通存储层的情况下，相较于传统的存储单元，降低了材料的总厚度，从而降低了工艺复杂度，在同样的刻蚀能力下，能够缩小单元直径，提升存储芯片上存储单元的密度，进一步降低成本。

6、在第一方面的一种可能的实现方式中，构成自选通存储层的材料的化合物与构成第一缓冲层和第二缓冲层材料的化合物不同。

7、本技术实施例中，自选通存储层的材料的化合物与构成第一缓冲层和第二缓冲层材料的化合物不同，能够引入更多的界面不对称性，进一步地调整存储单元对应的电压阈值，以扩大存储窗口大小，提升存储单元的读取速度。

8、在第一方面的一种可能的实现方式中，至少一个自选通存储层的材料包括硫系化合物。

9、在第一方面的一种可能的实现方式中，硫系化合物至少包括硫(s)元素、硒元素(se)或者碲(te)元素。

10、本技术实施例中，构成自选通存储的材料所包括的硫系化合物有多种情况，能够灵活适应不同的场景需求，从而提升本技术技术方案的实用性和灵活性。

11、在第一方面的一种可能的实现方式中，至少一个自选通存储层中的目标自选通存储层中包括了第一子层和第二子层，构成第一子层和第二子层的材料的化合物不同。其中，目标自选通存储层可以是至少一个自选通存储层中的部分或者全部自选通存储层，具体此处不做限定。在这种结构下，存储单元中既包括了不同化学成分的硫系化合物(也即自选通存储层)界面，也包括了不同化学成分的硫系化合物与缓冲层的界面。

12、本技术实施例中，至少一个自选通存储层的目标自选通存储层中包括化学成分不同的第一子层和第二子层，使得存储单元中既包括了不同化学成分的硫系化合物界面，也包括了不同化学成分的硫系化合物与缓冲层的界面，从而引入更多的不对称性。能够通过调整界面势垒高度和元素浓度差，进一步扩大存储窗口大小，也就进一步提升存储单元进行读操作的速度。

13、在第一方面的一种可能的实现方式中，存储芯片为二维存储芯片或者三维存储芯片。其中，二维存储芯片是指，多个存储单元通过互连或者其他微加工技术，在xy平面上形成二维存储阵列的存储芯片。三维存储芯片是指，多个存储单元利用堆叠技术或通过互连和其他微加工技术在芯片或结构的z轴方向上形成三维存储阵列的存储芯片。

14、在第一方面的一种可能的实现方式中，在存储芯片为三维存储芯片的情况下，多个存储单元的堆叠方式为三维交叉堆叠或者三维垂直堆叠。示例性的，三维交叉堆叠的存储芯片可以如图7中的p图所示，三维垂直堆叠可以如图8中的s图所示，

15、本技术实施例中，存储芯片既可以是二维存储芯片，也可以是三维存储芯片，可以根据实际应用的需要选择，提升了本技术实施例技术方案的灵活性和实用性。同时，在存储芯片为三维存储芯片的情况下，存储单元的堆叠方式也有多种可能，并且，相较于传统的包括1个选通管和加1个可变电阻(1selector+1resistor，1s1r)存储芯片的技术方案，本技术实施例技术方案可以提升存储芯片上存储单元的密度，进一步降低成本。

16、在第一方面的一种可能的实现方式中，构成第一缓冲层的材料或者构成第二缓冲层的材料包括下述至少一项：金属及其合金、半导体材料、氮化物、氧化物、碳化物、金属硅化物、硫系化合物。这些材料均为自选通材料。

17、本技术实施例中，存储单元包括自选通存储层和缓冲层的材料采用了自选通材料，对自选通材料进行写操作不需要施加大电流来达到材料的融合温度，而是通过如本技术实施例技术方案所示的材料的能带架构，改变存储单元导通的阈值电压。也就是说，本技术实施例技术方案所示的存储单元能够降低操作电流和功耗，提升了并行度和带宽，也提高了器件的使用寿命。各个缓冲层的材料有多种可能，也能够丰富本技术技术方案的应用场景和实现方式，进一步提升了本技术技术方案的实用性。

18、本技术实施例第二方面提供了一种存储设备，包括控制器和第一方面或者第一方面任一种实现方式所示的存储芯片。存储芯片用于存储数据，控制器用于写入数据至存储芯片，或者从存储芯片读取数据。

19、本技术实施例第三方面提供了一种电子设备，包括处理器和第二方面所示的存储设备，处理用于写入数据至存储设备，或者从存储设备读取数据。

20、本技术实施例第二方面或者第三方面的所示的有益效果，如第一方面或者第一方面任一种实现方式所示，此处不再赘述。