[發明專利]一種相變異質結薄膜、相變存儲器及其制備方法

在審

• 申請號: 202210900323.0
• 申請日: 2022-07-28
• 公開（公告）號: CN115172587A
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 丁科元;車勇勇;饒峰;陳彬;劉建彬
• 申請（專利權）人: 深圳大學
• 主分類號: H01L45/00
• 分類號: H01L45/00
• 代理公司: 深圳市君勝知識產權代理事務所(普通合伙) 44268
• 代理人: 劉芙蓉

本發明公開一種相變異質結薄膜、相變存儲器及其制備方法。所述相變異質結薄膜包括交替層疊的結構相變層和結構穩定層；其中，所述結構相變層為立方相的M_xSb₂Te₃層，所述結構穩定層為六方相的Ti_yTe_1?y層，M為鈧元素、釔元素中的一種。本發明基于由立方相的M_xSb₂Te₃結構相變層以及六方相的Ti_yTe_1?y結構穩定層交替堆疊生長而形成的相變異質結薄膜具有更快的操作速度，更低的操作功耗，以及更好的疲勞循環壽命。同時還可以具有作為異質結材料共有的性能優點，即在更弱的原子擴散條件下的極低的阻值漂移特性和阻值波動性。

技術領域

本發明涉及半導體材料領域，尤其涉及一種相變異質結薄膜、相變存儲器及其制備方法。

背景技術

存儲器是目前半導體市場的重要組成部分，是信息技術的基石，無論在生活中還是在國民經濟中發揮著重要的作用。隨著科技的發展，數據量急劇增加，迫切需要高速、高密度、低功耗的非易失性存儲器設備；其中，相變存儲器由于具有高速讀取、高可擦寫次數、非易失性、元件尺寸小、功耗低、抗強震動和抗輻射等優點，在高速與海量信息存儲方面有巨大的潛能，是新型存儲技術中最有力的競爭者，被國際半導體工業協會認為最有可能取代目前的閃存存儲器而成為未來存儲器主流產品的器件和最先成為商用產品的器件。

相變存儲器的基本原理是利用器件中存儲材料在高電阻和低電阻之間的可逆轉變來實現“1”和“0”的存儲。通過利用電信號控制存儲材料高電阻的連續變化可以實現多級存儲，從而大幅提高存儲器的信息存儲能力。在相變存儲器中，利用了相變材料在非晶和多晶之間的可逆轉變來實現上述的電阻變化。

常用的相變存儲材料體系主要是碲基材料，如Ge-Sb-Te(簡寫為GST)、Si-Sb-Te、Ag-In-Sb-Te等。特別是GST已經廣泛應用于相變光盤和相變存儲器。但也存在如下問題：1)寫操作速度慢，相變速度有待進一步提高；2)擦操作功耗高，不利于存儲密度的提升，鑒于這些缺點，需要探索具有更好性能的存儲材料。

因此，現有技術仍有待于改進和發展。

發明內容

鑒于上述現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種相變異質結薄膜、相變存儲器及其制備方法，旨在解決現有相變存儲器的可用性較低的技術問題。

本發明的技術方案如下：

本發明的第一方面，提供一種相變異質結薄膜，其中，所述相變異質結薄膜包括交替層疊的結構相變層和結構穩定層；其中，所述結構相變層為立方相的M_xSb₂Te₃層，所述結構穩定層為六方相的Ti_yTe_1-y層，M為鈧元素、釔元素中的一種。

可選地，0.1≤x≤1.6，0.3≤y≤0.5。

可選地，所述結構相變層的厚度為4～10nm；所述結構穩定層的厚度為3～9nm。

可選地，所述相變異質結薄膜包括N+1層所述結構相變層和N層所述結構穩定層，所述相變異質結薄膜的底層和頂層均為結構相變層；其中，N≥2。

可選地，所述相變異質結薄膜的總厚度小于等于90nm。

本發明的第二方面，提供一種相變存儲器，包括底電極、頂電極和相變材料層，所述相變材料層位于所述底電極和所述頂電極之間，其中，所述相變材料層為本發明所述的相變異質結薄膜。

可選地，所述相變存儲器為限制型結構或者T型結構。

可選地，所述頂電極的材料為Al、W、TiN中的一種；所述底電極的材料為Al、W、TiN中的一種；