[發明專利]C摻雜Sc-Sb-Te相變存儲材料、相變存儲器單元及其制備方法

在審

• 申請號: 201810088435.4
• 申請日: 2018-01-30
• 公開（公告）號: CN110098322A
• 公開（公告）日: 2019-08-06
• 發明（設計）人: 宋志棠;朱敏;陳鑫
• 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(普通合伙) 31219
• 代理人: 余明偉

本發明提供一種C摻雜Sc?Sb?Te相變存儲材料、相變存儲器單元及其制備方法，所述Sc?Sb?Te相變存儲材料為Sc?Sb₂Te₃相變存儲材料，所述C摻雜Sc?Sb?Te相變存儲材料中，C的原子百分比為1%~40%。本發明通過對Sc?Sb₂Te₃進行C摻雜，由于C是一種低熱導的材料，可以很好的防止熱擴散，且C的良好導電性保證了材料良好的導通，本發明的C摻雜Sc?Sb₂Te₃相變材料在外部能量的作用下，能夠實現高電阻態與低電阻態之間的可逆轉變，高低阻態的阻值比可達兩個數量級；其作為相變存儲器的存儲介質時，相變存儲單元不僅具有相變速度快、寫操作電流低等優點，而且器件的高溫數據保持力及可靠性有了極大的提高；采用本發明相變存儲器單元結構的相變存儲器具有高速、低功耗、良好數據保持力等優越性。

技術領域

本發明涉及相變存儲技術領域，特別是涉及一種C摻雜Sc-Sb-Te相變存儲材料、相變存儲器單元及其制備方法。

背景技術

隨著計算機的普及和大數據時代的到來，存儲器在半導體市場占據了重要地位。存儲器需要向更高集成度，更高速度發展。內存和硬盤之前的速度差異這一巨大鴻溝，限制了當前計算機向超快速度發展。為了應對存儲器發展的瓶頸，各種新型存儲材料應運而生。相變存儲器(PCRAM)是一種非常有潛力的新型非易失存儲材料，通過對硫系半導體化合物施加不同脈寬和強度的電脈沖，使之實現晶態與非晶態之間的可逆相變，利用材料在低電阻的晶態和高電阻的非晶態的電阻差異來實現數據的存儲。

存儲器的研究一直穩步朝著高速、高密度、低功耗、高可靠性的方向發展。但是以Ge₂Sb₂Te₅為主的相變材料的速度都在百納秒量級，無法滿足替換DRAM的要求。最近，基于Sc-Sb₂Te₃的相變存儲器由于700皮秒的操作速度以及10⁷的循環壽命，使得替換DRAM成為可能。由于可逆操作在非晶態和亞穩態立方結構進行的，而不經過穩定的立方態，因而是具有低功耗的特點。

但是，Sc-Sb₂Te₃自身存在著一些缺陷，如面心立方相的結晶溫度不高、Sc易氧化等問題，從而使得Sc-Sb₂Te₃相變存儲材料存在相變速率慢、功耗較高等問題。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種C摻雜Sc-Sb-Te相變存儲材料、相變存儲器單元及其制備方法，用于解決現有中的Sc-Sb₂Te₃相變存儲材料存在的面心立方相的結晶溫度不高，Sc易氧化而導致的相變速率慢及功耗較高等問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種C摻雜Sc-Sb-Te相變存儲材料，所述Sc-Sb-Te相變存儲材料為Sc-Sb₂Te₃相變存儲材料，所述C摻雜Sc-Sb-Te相變存儲材料中，C的原子百分比為1％～40％。

優選地，所述C摻雜Sc-Sb-Te相變存儲材料中，C的原子百分比為5％～15％。

優選地，所述Sc-Sb₂Te₃相變材料中，Sc的原子百分比為1％～10％。

優選地，所述Sc-Sb₂Te₃相變材料中，Sc的原子百分比為3％～5％。

優選地，所述C摻雜Sc-Sb-Te相變存儲材料中，C與Sc成鍵結合后共同構成所述C摻雜Sc-Sb-Te相變存儲材料的成核中心。

優選地，所述C摻雜Sc-Sb-Te相變存儲材料在外部能量的作用下可實現高電阻態與低電阻態之間的可逆轉變，且高電阻態與低電阻態的阻值比不小于兩個數量級。