[發明專利]選通管材料、選通管單元及制備方法、存儲器結構

在審

• 申請號: 202010975902.2
• 申請日: 2020-09-16
• 公開（公告）號: CN113571635A
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發明（設計）人: 朱敏;沈佳斌;賈淑靜;宋志棠
• 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;H01L43/12;H01L43/10;H01L43/08;H01L27/24;H01L27/22;H01L27/11514;H01L27/11507
• 代理公司: 上海光華專利事務所(普通合伙) 31219
• 代理人: 佟婷婷

本發明提供一種選通管材料、選通管單元及制備方法、存儲器結構，其中，選通管材料包括Te、Se及S中的至少一種，也就是說，選通管材料選用Te、Se和S單質或者其中任意元素構成的化合物，進一步，可通過摻入O、N、Ga、In、As等元素、氧化物、氮化物以及碳化物等介質材料提高性能，本發明的選通管材料用于選通管單元時具有開通電流大、材料簡單、開關速度快、重復性好以及低毒性等優點，有助于實現高密度的三維信息存儲。

技術領域

本發明屬于微納電子技術領域，特別涉及一種選通管材料、選通管單元及制備方法、存儲器結構。

背景技術

隨著5G逐步普及，VR、無人駕駛等新興技術蓬勃發展，對數據的存儲速度及容量都提出了更高的要求。為此，新型非易失型存儲材料進入人們的視線，如相變存儲材料等。目前，現有的數據存儲技術已經達到亞納米的尺寸極限，想要實現更海量的單位存儲容量必須采用交叉型的堆疊陣列，突破維度存儲的容量限制。

需要有一種開關性能良好的選通器件對存儲單元進行選通。選通管是利用電學信號控制選通器件的開關，當施加電學信號于選通器件單元時，材料由高阻態向低阻態轉變，器件出于開啟狀態；當撤去電學信號時，材料又由低阻態轉變成高阻態，器件處于關閉狀態。現有選通管包括雙向閾值開關(Ovonic Threshold Switching，OTS)、導電橋型閾值開關(Conductive Bridge Threshold Switching)和金屬-絕緣體轉變開關(Metal-Insulator Transition)。

然而，現有的選通管(如OTS)，材料成分復雜，已經從二元發展到五元甚至是六元，另外，這些復雜的OTS材料中都含有As等有毒物質，不利于可持續發展需求，同時，這些選通器的開關速度在微秒及以上，也限制了其在新型相變存儲器件上的應用，此外，還存在開通電流I_on小、漏電流I_off大、選通比小(I_on/I_off)小、疲勞性能差等。

因此，如何提供一種選通管材料、選通管單元及存儲器結構，以解決現有技術中的上述問題實屬必要。

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選通管材料、選通管單元及存儲器結構，用于解決現有技術中選通管材料組分復雜、材料毒性大、開通電流小、漏電流大、選通比小及疲勞性能差等問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種選通管材料，所述選通管材料包括Te、Se及S中的至少一種：

可選地，所述選通管材料的化學通式為(Te_xSe_yS_z)_1-tM_t，其中，M包括摻雜材料，且0≤x≤100、0≤y≤100、0≤z≤100、0t≤0.5。

可選地，所述摻雜材料包括O、N、Ga、In、As中的至少一種。

可選地，所述摻雜材料包括氧化物、氮化物及碳化物中的至少一種。

可選地，所述氧化物包括SiOx、TiOx、TaOx、HfOx、TiOx、GeOx、SnOx、AlOx、GaOx中的至少一種；和/或，所述氮化物包括SiNx、GeNx、AlNx、SnNx中的至少一種；和/或，所述碳化物包括SiCx、GeCx、AlCx中的至少一種。

可選地，所述選通管材料具有非線性電導特性以作為神經元器件用于神經網絡。

可選地，所述選通管材料具有雙向閾值開關型選通特性。

可選地，所述選通管材料在電壓施加到預設值時可實現高阻態到低阻態的瞬時轉變，在撤去電信號時瞬時自發返回高阻態。