[發(fā)明專利]一種非對稱環(huán)狀微電極相變存儲單元及器件

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710192561.X
• 申請日: 2017-03-28
• 公開（公告）號: CN107017341B
• 公開（公告）日: 2020-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 程曉敏;張瑾;馬軒;余漢祥;顧偉;童浩;繆向水
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學(xué)
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;H01L27/24
• 代理公司: 武漢東喻專利代理事務(wù)所(普通合伙) 42224
• 代理人: 方可

1.一種非對稱環(huán)狀微電極相變存儲單元，其特征在于，其膜層結(jié)構(gòu)包括：

由導(dǎo)電材料形成的下電極層；

附著于所述下電極層表面的第一絕緣層，所述第一絕緣層開設(shè)有納米級第一小孔，所述第一小孔正對著下電極層；

附著于所述第一絕緣層表面的相變功能層；

附著于所述相變功能層表面的第二絕緣層，所述第二絕緣層開設(shè)有第二小孔；

附著于所述第二絕緣層表面且為導(dǎo)電材料的上電極層；

所述下電極層是環(huán)狀電極，為空心結(jié)構(gòu)，其剖面圖為U型，電極芯由絕緣材料填充；

所述第一絕緣層中所述第一小孔的中心線、所述相變功能層的中心線和所述第二絕緣層中所述第二小孔的中心線均不在同一條直線上，發(fā)生左右偏移；

所述上電極層表面還設(shè)有熱沉層，所述熱沉層為SnO₂，可以為每個存儲單元獨有，或為整個陣列或器件共同擁有，熱沉層使得鄰近單元的最高溫度小于相變材料的晶化溫度，以改善單元的產(chǎn)熱及散熱條件。

2.如權(quán)利要求1中所述的非對稱環(huán)狀微電極相變存儲單元，其特征在于，所述下電極層、所述第一絕緣層、所述相變功能層、所述第二絕緣層和所述上電極層的厚度均在2nm～500nm；所述第一小孔的寬度為10nm～1um；所述第二小孔的寬度為10nm～2um；所述第一小孔內(nèi)環(huán)狀金屬側(cè)壁厚度小于所述第一小孔半徑。

3.如權(quán)利要求1或2所述的非對稱環(huán)狀微電極相變存儲單元，其特征在于，所述下電極層、所述第一絕緣層、所述相變功能層、所述第二絕緣層和所述上電極層厚度和寬度與所述第一小孔和所述第二小孔的寬度能根據(jù)實際需要等比例縮放。

4.如權(quán)利要求1和2中所述的非對稱環(huán)狀微電極相變存儲單元，其特征在于，所述相變功能層的材料為元素周期表中IVA、VA及VIA族元素的組合。

5.如權(quán)利要求1和2中所述的非對稱環(huán)狀微電極相變存儲單元，其特征在于，所述第一絕緣層和所述第二絕緣層的材料為SiO₂、ZrO₂、TiO₂、Y₂O₃、Ta₂o₅、非晶Si或C中的一種。

6.如權(quán)利要求1和2中所述的非對稱環(huán)狀微電極相變存儲單元，其特征在于，所述下電極層和所述上電極層的材料為TiW、W、TiN、Ta、Pt、Ag、Cu或CuN中的一種。

7.如權(quán)利要求1和2中所述的非對稱環(huán)狀微電極相變存儲單元，其特征在于，所述下電極層與所述相變功能層直接接觸的面積為圓環(huán)形，線寬尺寸為50nm及以下。

8.一種由權(quán)利要求1所述的非對稱環(huán)狀微電極相變存儲單元構(gòu)成的存儲器件，包括：地址譯碼器、存儲體部分和控制電路；其特征在于，所述存儲體部分包括：襯底、半導(dǎo)體層與絕緣層交替的堆疊結(jié)構(gòu)、至少一個U型的環(huán)狀電極；所述半導(dǎo)體層與絕緣層交替的堆疊結(jié)構(gòu)位于所述襯底上方，并且各半導(dǎo)體層和絕緣層的上下表面均與襯底的上表面平行；所述U型的環(huán)狀電極貫穿所述第一絕緣層；還包括：熱沉層結(jié)構(gòu)，所述熱沉層結(jié)構(gòu)設(shè)置在上電極層表面，可以為每個存儲單元獨有，或為整個陣列或器件共同擁有，熱沉層使得鄰近單元的最高溫度小于相變材料的晶化溫度，用于改善單元的產(chǎn)熱及散熱條件并達到減小相鄰單元間熱串擾的目的。

9.如權(quán)利要求8所述的存儲器件，其特征在于，所述存儲體部分是由成陣列分布的多個非對稱環(huán)狀微電極相變存儲單元構(gòu)成。