[發明專利]一種選通管器件及其制備方法

有效

• 申請號: 201710902924.4
• 申請日: 2017-09-29
• 公開（公告）號: CN107732010B
• 公開（公告）日: 2020-07-10
• 發明（設計）人: 繆向水;林琪;童浩
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 廖盈春;李智

本發明公開了一種選通管器件及其制備方法，應用于選通管器件技術領域，所述選通管器件包括：第一金屬電極層、第二金屬電極層以及開關層；其中，所述開關層位于所述第一金屬電極層以及所述第二金屬電極層之間；所述開關層由硫系材料離子提供層A和硫系材料轉換層B交替堆疊形成AB不對稱結構、BA不對稱結構、ABA對稱結構以及BAB對稱結構中的一種結構，所述硫系材料離子提供層A為少金屬的硫系金屬材料，金屬元素原子比大于0％且不超過50％，所述硫系材料轉換層B為硫系材料。本發明提供的選通管器件能夠提供高開態電流，高開關比，低亞域斜率，并可以低溫制備。且本發明具有結構簡單、易集成、成本低等優點。

技術領域

本發明屬于選通管器件技術領域，更具體地，涉及一種選通管器件及其制備方法。

背景技術

新型非易失存儲器如相變存儲器，阻變存儲器，磁存儲器，由于其優秀的存儲及微縮性能被認為是最有希望取代FLASH存儲器的下一代存儲器。而要實現與FLASH存儲器相當的性價比，新型非易失存儲器需要進一步提高存儲密度和降低操作功耗。選通管技術是實現高密度大規模存儲陣列以及降低操作功耗的核心技術。二端選通管器件通過與存儲單元垂直集成來降低有效單元面積，并且使存儲器件具備三維堆疊的能力，大大提高存儲密度。與此同時，選通管技術可以有效抑制操作漏電流來降低漏電流造成的巨大操作功耗。

為了實現在大規模陣列中的應用，高開關比，高開態電流，低亞域斜率同時實現且可以低溫制備的選通管器件至關重要。高開關比能夠有效降低漏電流帶來的讀寫錯誤和操作功耗，使器件具有實現超大規模存儲陣列的能力。開態電流限制選通管可以集成的存儲單元范圍，選通管需要提供足夠的電流驅動來對存儲單元進行操作，高開態電流驅動可以降低對存儲單元的操作電流要求，拓展選通管器件的應用范圍。亞域斜率限制了器件的開啟速度，亞域斜率更小的器件具有更快開啟的能力。故高開關比和高開態電流以及低亞域斜率兼容的選通管器件才可以實現大規模存儲陣列。對于進一步提高存儲密度的三維堆疊存儲器，后段制程工藝要求選通管器件的制備溫度控制在400℃以下。低溫制備的選通管保證存儲器件具備三維堆疊的能力。

目前有潛力的選通管的候選者有如下幾種：硫系化合物雙向閾值開關器件(Ovonic Threshold Switch，OTS)，金屬絕緣轉變器件(Metal Insulator Transition，MIT)，混合電子離子導電器件(Mixed Ionic and Electronic Conductor，MIEC)以及基于導電絲的閾值開關器件。其中，目前的硫系化合物雙向閾值器件和金屬絕緣體轉換器件存在開關比非常小，漏電流非常大的缺陷。混合電子離子導電器件性能比較理想，但仍然有待進一步優化，且材料并沒有公開。基于導電絲的閾值開關器件具有理想的開關比和陡峭的亞域斜率，但是開態電流始終難以提高到100uA以上，限制了應用范圍。

因此，目前迫切地需要一種能夠兼容高開關比、高開態電流、低亞域斜率且能低溫制備的選通管，具有與存儲單元垂直集成并有效減小抑制漏電流的能力來提高存儲密度降低操作功耗。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷或改進需求，本發明提供了一種選通管器件及其制備方法，由此解決現有選通管技術中存在的高開關比，高開態電流，低亞閾斜率無法同時實現，限制了選通管在存儲器件中的應用的技術問題。

為實現上述目的，按照本發明的一個方面，提供了一種選通管器件，包括：第一金屬電極層、第二金屬電極層以及開關層；

其中，所述開關層位于所述第一金屬電極層以及所述第二金屬電極層之間；

所述開關層由硫系材料離子提供層A和硫系材料轉換層B交替堆疊形成AB不對稱結構、BA不對稱結構、ABA對稱結構以及BAB對稱結構中的一種結構，所述硫系材料離子提供層A為少金屬的硫系金屬材料，金屬元素原子比大于0％且不超過50％，所述硫系材料轉換層B為硫系材料。