[發(fā)明專利]一種相變材料、相變存儲器單元及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010058952.4
• 申請日: 2020-01-19
• 公開（公告）號: CN111244271B
• 公開（公告）日: 2021-12-21
• 發(fā)明（設計）人: 趙進;宋文雄;宋志棠
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00;C23C14/35
• 代理公司: 廣州三環(huán)專利商標代理有限公司 44202
• 代理人: 郝傳鑫;賈允

本申請?zhí)峁┮环N相變材料，所述相變材料包括鈧(Sc)元素、鉭(Ta)元素、鍺(Ge)元素、銻(Sb)元素及碲(Te)元素，所述相變材料的化學式為Sc_xTa_yGe_hSb_zTe_u，其中，x、y、h、z、u均指元素的原子組分，且滿足0≤x≤50，0≤y≤50，0≤z≤90，0≤z≤90，0≤u≤90，0＜100?x?y?h?z?u＜100。本申請?zhí)峁┑南嘧儾牧峡梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)Sc、Ta、Ge、Sb、Te元素的含量得到不同電阻率和結(jié)晶激活能的存儲材料，且該體系相變材料相變前后電阻差值大，具有非常強的可調(diào)性，從而根據(jù)實際所需提供特定的性能。本發(fā)明的Sc_xTa_yGe_hSb_zTe_u相變材料具有良好的熱穩(wěn)定性，較高的數(shù)據(jù)保持力，較快的結(jié)晶速度。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請涉及微納電子技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種相變材料、相變存儲器單元及其制備方法。

背景技術(shù)

半導體存儲器在電子市場中一直占據(jù)著重要的地位。相變存儲器因具有尺寸微縮性強、讀寫速度快、高數(shù)據(jù)保持力、功耗低、循環(huán)壽命長及抗輻照性能優(yōu)異等優(yōu)點，已被視為下一代新型的非易失性存儲器。作為一種新型存儲器，相變存儲器需要一種性能良好的材料來支撐存儲單元，以便于實現(xiàn)優(yōu)異的存儲性能。

相變存儲器的應用基于其中的相變材料在電脈沖信號操作下高、低電阻之間的可逆轉(zhuǎn)換來實現(xiàn)“0”和“1”的寫和擦。相變存儲器的核心是相變存儲介質(zhì)材料，傳統(tǒng)的相變材料主要是Ge₂Sb₂Te₅，由于其良好的綜合性能，其已經(jīng)被廣泛應用于相變光盤和相變存儲器中。但該材料依然存在一些問題：1)結(jié)晶溫度(85℃)較低，熱穩(wěn)定性不好，數(shù)據(jù)保持力得不到保證，面臨著數(shù)據(jù)丟失的危險；2)相變速度較低，有研究表明基于Ge₂Sb₂Te₅的相變存儲器實現(xiàn)穩(wěn)定RESET操作的電脈沖至少為百納秒量級，而實現(xiàn)穩(wěn)定SET操作的電脈沖也需要20ns，無法滿足動態(tài)隨機存儲器的速度要求；3)可進行的循環(huán)寫擦操作次數(shù)少，有研究表明基于Ge₂Sb₂Te₅的相變存儲器實現(xiàn)穩(wěn)定寫擦循環(huán)操作次數(shù)為10⁵量級，無法滿足相變存儲器在更寬的存儲使用領(lǐng)域的使用。

發(fā)明內(nèi)容

本申請要解決是現(xiàn)有技術(shù)中常用的Ge₂Sb₂Te₅相變材料存在的十年數(shù)據(jù)保持力低、相變速度慢和疲勞次數(shù)少的技術(shù)問題。

為解決上述技術(shù)問題，本申請實施例公開了一種相變材料，所述相變材料包括鈧(Sc)元素、鉭(Ta)元素、鍺(Ge)元素、銻(Sb)元素及碲(Te)元素，所述相變材料的化學式為Sc_xTa_yGe_hSb_zTe_u，其中，x、y、h、z、u均指元素的原子組分，且滿足0≤x≤50，0≤y≤50，0≤z≤90，0≤z≤90，0≤u≤90，0＜100-x-y-h-z-u＜100。

進一步地，所述相變材料在電脈沖信號操作下能夠?qū)崿F(xiàn)高低阻值的可逆轉(zhuǎn)換，且在沒有電脈沖信號操作下阻值保持不變。

所述相變材料在電脈沖作用下存在至少兩個穩(wěn)定的電阻態(tài)。

本申請實施例第二方面提供一種相變存儲器單元，所述相變存儲器單元包括相變材料層，所述相變材料層的材質(zhì)包括上述相變材料。

進一步地，所述相變材料層的厚度范圍是40nm-200nm。

進一步地，該相變存儲器單元還包括下電極層、粘合層和引出電極層；

所述下電極層、所述相變材料層、所述粘合層和所述引出電極層依次層疊連接。