[發明專利]一種用于相變存儲器的鎢摻雜改性的相變材料及其應用

無效

• 申請號: 201210085567.4
• 申請日: 2012-03-27
• 公開（公告）號: CN103367633A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 宋宏甲;宋志棠;饒峰;吳良才;彭程;朱敏;劉波
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 許亦琳;余明偉

技術領域

本發明涉及一種微電子技術領域的相變材料，尤其涉及一種由鎢摻雜的材料組成的混合物相變材料。

背景技術

相變存儲技術是近幾年才興起的一種新概念存儲技術，它利用相變材料作為存儲介質來實現數據存儲，具有廣闊的應用前景，是目前存儲器研究的一個熱點，被認為是最有希望成為下一代主流存儲器。作為相變存儲器(PCRAM)的核心部分，相變材料的研發在PCRAM的研發中起到了至關重要的作用。相變材料性能的提升是提升整個PCRAM器件性能的關鍵技術。

相變材料中，三元系Ge-Sb-Te材料中的Ge₂Sb₂Te₅、二元系Ge-Te材料中的GeTe和Sb-Te材料中的Sb₂Te₁、Sb₃Te₁和Sb₂Te₃是典型的相變材料。但在應用當中發現，Ge₂Sb₂Te₅材料在相變時有較大的密度變化，結晶速度不佳，一般為幾百納秒(ns)，另外其結晶溫度較低，為160℃左右，十年保持溫度為80℃左右，嚴重阻礙了此材料在相變存儲領域的廣泛應用。GeTe結晶溫度高于Ge₂Sb₂Te₅，相變前后高低電阻差距大，電流操作時速度可以達到幾個ns，但其數據保持力仍然不能滿足工業界和軍事航天領域的要求，另外，其結晶前后密度變化較大，器件操作時面臨失效的危險。Sb₂Te₁、Sb₃Te₁和Sb₂Te₃為生長型相變材料，其相變速度較快，但也存在結晶溫度和十年保持溫度較低的不足。

可見，Ge-Sb-Te、Ge-Te和Sb-Te系的性能并不能完全滿足應用的需要，特別是針對某些特定環境要求的應用。研究開發新的相變材料使器件同時具有操作速度快、高可靠性、高密度、熱穩定性強、低成本等多種優點或者在單方面應用上具有突出性能，成為目前急需解決的問題。

當前PCRAM的關鍵問題之一就是提高熱穩定性和數據保持力。摻雜其他元素進行材料改性不失為解決這一問題的一種方法。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術中的缺點或不足，提供一種熱穩定性好、數據保持力好、與COMS工藝兼容的相變材料。

為了實現上述目的，本發明采用如下的技術方案：

一種用于相變存儲器的鎢摻雜改性的相變材料，其化學組成符合化學通式W_xA_1-x，其中A選自Ge₂Sb₂Te₅、Sb_yTe_1-y和G_ezTe_1-z中的一種，x、y、z為原子百分比，且0＜x＜0.65，0.35＜y＜0.8，0.25＜z＜0.95。

優選的，所述鎢摻雜改性的相變材料中，0.01≤x≤0.2。

優選的，所述鎢摻雜改性的相變材料中，0.4≤y≤0.7。

優選的，所述鎢摻雜改性的相變材料中，0.45≤z≤0.6。

上述的A代表未經鎢摻雜的相變材料，如Ge₂Sb₂Te₅、Sb_yTe_1-y和Ge_zTe_1-z。

較佳的，所述鎢摻雜改性的相變材料W_xA_1-x為相變薄膜材料，但其形態不局限于薄膜等納米材料。

較佳的，所述鎢摻雜改性的相變材料為在外部電驅動脈沖作用下具有可逆相變的材料。

較佳的，所述鎢摻雜改性的相變材料利用W與Te所形成的化學鍵來提高其非晶態的熱穩定性以及提高其晶態的電阻值。

較佳的，所述鎢摻雜改性的相變材料通過控制W元素的含量，同時改變Ge-Sb-Te中各元素的比例、Ge-Te中各元素的比例或者Sb-Te的中各元素的比例可以得到不同結晶溫度、不同結晶激活能和不同熔點的相變存儲材料。