Ge-Se-O双向阈值开关材料、选通器单元及制备方法技术

本发明专利技术提供一种Ge‑Se‑O双向阈值开关材料、选通器单元及制备方法，所述Ge‑Se‑O双向阈值开关材料的化学通式为GexSeyO100‑x‑y，其中x、y均指元素的原子百分比，且满足30

【技术实现步骤摘要】
Ge-Se-O双向阈值开关材料、选通器单元及制备方法
本专利技术属于微纳电子
，特别是涉及一种Ge-Se-O双向阈值开关材料、选通器单元及制备方法。
技术介绍
大数据时代的到来使得市场对于存储器产生了巨大的需求。存储器技术正朝着高密度、三维器件结构的方向迈进，随着存储器技术一同革新的还有选通器技术。作为整个存储器中重要的组成单元，新型选通器的发展将对存储器产生重大的影响。传统的晶体管和二极管已经无法集成在三维结构存储器中，因而在技术发展中失去了原有的竞争优势。尤其对于下一代新兴非易失性存储器，如相变存储器和阻变存储器，将它们与开关性能良好的薄膜选通器集成能进一步提高器件的性能和存储密度，最终实现新兴存储器的商业化。利用硫系化合物薄膜材料作为介质的双向阈值开关(OTS)选通器被认为是最具有应用价值的选通器，其关键材料包括具有阈值转变特性的硫系化合物薄膜、上下电极材料、绝缘材料和引出电极材料等。S.R.Ovshinsky在20世纪60年代末首次发现了具有阈值转变特性的材料，由此引发了科学家对于阈值转变现象的大量研究，因而发现了一些列具有阈值转变特性的硫系化合物。双向阈值开关(OTS)材料是其中一些满足选通器要求的硫系化合物材料。双向阈值开关(OTS)选通器的基本原理是：利用电学信号来控制选通器件的开关，当施加电学信号高于阈值电压时，材料从高阻态向低阻态转变，此时器件处于开启状态；当撤去电学信号时，材料又从低阻态转变成高阻态，器件处于关闭状态。截至目前，用于双向阈值开关(OTS)选通器的典型材料为硫系化合物Ge-Se薄膜，其中以GeSe应用最广，即Ge、Se两种元素成分的原子比为1:1。双向阈值开关(OTS)选通器的研究主要朝着高开关比、低阈值电压、低漏电流、高可靠性的方向发展。对于Ge-Se材料，其阈值电压较高，从而导致其他性能如疲劳次数和可靠性也受到影响。由于材料带隙大小是影响阈值电压的关键因素，鉴于此，如何对Ge-Se材料进行掺杂减小材料带隙从而降低其阈值电压，提高开关比、疲劳次数和可靠性，以满足现实要求，成为本领域技术人员亟待解决的问题。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种Ge-Se-O双向阈值开关材料、选通器单元及制备方法，用于解决现有技术中选通器的开关比、阈值电压及可靠性均有待进一步提高的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种用于双向阈值开关选通器的Ge-Se-O双向阈值开关材料，所述Ge-Se-O双向阈值开关材料的化学通式为GexSeyO100-x-y，其中x、y均指元素的原子百分比，且满足30<x<60，30<y<100-x，所述O元素用以减小材料的带隙，进而降低基于GexSeyO100-x-y材料的双向阈值开关选通器的阈值电压。优选地，所述GexSeyO100-x-y中，满足x:y＝1:1，且O元素的原子百分比满足0<100-x-y<35。进一步地，所述GexSeyO100-x-y中，O元素的原子百分比满足5<100-x-y<15。本专利技术还提供一种双向阈值开关选通器单元，所述双向阈值开关选通器单元包括下电极层、上电极层及位于所述下电极层和上电极层之间的双向阈值开关材料层；所述双向阈值开关材料层的材质包含Ge-Se-O双向阈值开关材料，所述Ge-Se-O双向阈值开关材料的化学通式为GexSeyO100-x-y，其中x、y均指元素的原子百分比，且满足30<x<60，30<y<100-x，所述O元素用以减小所述Ge-Se-O双向阈值开关材料的带隙，进而降低所述双向阈值开关选通器的阈值电压。优选地，所述GexSeyO100-x-y中，满足x:y＝1:1，且O元素的原子百分比满足0<100-x-y<35。进一步地，所述GexSeyO100-x-y中，O元素的原子百分比满足5<100-x-y<15。优选地，所述下电极层的材料包括：单金属材料W、Pt、Au、Ti、Al、Ag、Cu及Ni中的任意一种，或由单金属材料W、Pt、Au、Ti、Al、Ag、Cu及Ni中的任意两种或多种组合成的合金材料，或为单金属材料W、Pt、Au、Ti、Al、Ag、Cu及Ni中的任意一种的氮化物或氧化物。优选地，所述上电极层的材料包括：单金属材料W、Pt、Au、Ti、Al、Ag、Cu及Ni中的任意一种，或由单金属材料W、Pt、Au、Ti、Al、Ag、Cu及Ni中的任意两种或多种组合成的合金材料，或为单金属材料W、Pt、Au、Ti、Al、Ag、Cu及Ni中的任意一种的氮化物或氧化物。本专利技术还提供一种双向阈值开关选通器单元的制备方法，包括以下步骤：形成下电极层；在所述下电极层上形成双向阈值开关材料层，所双向阈值开关材料层的材质包含Ge-Se-O双向阈值开关材料，所述Ge-Se-O双向阈值开关材料的化学通式为GexSeyO100-x-y，其中x、y均指元素的原子百分比，且满足30<x<60，30<y<100-x，所述O元素用以减小材料的带隙，进而降低基于GexSeyO100-x-y材料的双向阈值开关选通器的阈值电压；在所述双向阈值开关材料层上形成上电极层；在所述上电极层上形成引出电极，把所述上电极层、所述下电极层通过所述引出电极与器件的存储单元、驱动电路及外围电路集成。优选地，所述GexSeyO100-x-y中，满足x:y＝1:1，且O元素的原子百分比满足0<100-x-y<35。优选地，所述GexSeyO100-x-y中，O元素的原子百分比满足5<100-x-y<15。优选地，所述下电极层的材料包括：单金属材料W、Pt、Au、Ti、Al、Ag、Cu及Ni中的任意一种，或由单金属材料W、Pt、Au、Ti、Al、Ag、Cu及Ni中的任意两种或多种组合成的合金材料，或为单金属材料W、Pt、Au、Ti、Al、Ag、Cu及Ni中的任意一种的氮化物或氧化物；所述上电极层的材料包括：单金属材料W、Pt、Au、Ti、Al、Ag、Cu及Ni中的任意一种，或由单金属材料W、Pt、Au、Ti、Al、Ag、Cu及Ni中的任意两种或多种组合成的合金材料，或为单金属材料W、Pt、Au、Ti、Al、Ag、Cu及Ni中的任意一种的氮化物或氧化物；所述引出电极的材料包括：单金属材料W、Pt、Au、Ti、Al、Ag、Cu及Ni中的任意一种，或由单金属材料W、Pt、Au、Ti、Al、Ag、Cu及Ni中的任意两种或多种组合成的合金材料，或为单金属材料W、Pt、Au、Ti、Al、Ag、Cu及Ni中的任意一种的氮化物或氧化物。优选地，制备所述下电极层、所述双向阈值开关材料层、所述上电极层及所述引出电极的方法包括：溅射法、离子注入法、蒸发法、化学气相沉积法、等离子体增强化学气相沉积法、低压化学气相沉积法、金属化合物气相沉积法、分子束外延法、原子气相沉积法及原子层沉积法中的任意一种。如上所述，本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于双向阈值开关选通器的Ge‑Se‑O双向阈值开关材料，其特征在于：所述Ge‑Se‑O双向阈值开关材料的化学通式为GexSeyO100‑x‑y，其中x、y均指元素的原子百分比，且满足30

【技术特征摘要】
1.一种用于双向阈值开关选通器的Ge-Se-O双向阈值开关材料，其特征在于：所述Ge-Se-O双向阈值开关材料的化学通式为GexSeyO100-x-y，其中x、y均指元素的原子百分比，且满足30<x<60，30<y<100-x，所述O元素用以减小材料的带隙，进而降低基于GexSeyO100-x-y材料的双向阈值开关选通器的阈值电压。2.根据权利要求1所述的用于双向阈值开关选通器的Ge-Se-O双向阈值开关材料，其特征在于：所述GexSeyO100-x-y中，满足x:y＝1:1，且O元素的原子百分比满足0<100-x-y<35。3.根据权利要求2所述的用于双向阈值开关选通器的Ge-Se-O双向阈值开关材料，其特征在于：所述GexSeyO100-x-y中，O元素的原子百分比满足5<100-x-y<15。4.一种双向阈值开关选通器单元，其特征在于：所述双向阈值开关选通器单元包括下电极层、上电极层及位于所述下电极层和上电极层之间的双向阈值开关材料层；所述双向阈值开关材料层的材质包含Ge-Se-O双向阈值开关材料，所述Ge-Se-O双向阈值开关材料的化学通式为GexSeyO100-x-y，其中x、y均指元素的原子百分比，且满足30<x<60，30<y<100-x，所述O元素用以减小所述Ge-Se-O双向阈值开关材料的带隙，进而降低所述双向阈值开关选通器的阈值电压。5.根据权利要求4所述的双向阈值开关选通器单元，其特征在于：所述GexSeyO100-x-y中，满足x:y＝1:1，且O元素的原子百分比满足0<100-x-y<35。6.根据权利要求5所述的双向阈值开关选通器单元，其特征在于：所述GexSeyO100-x-y中，O元素的原子百分比满足5<100-x-y<15。7.根据权利要求4所述的双向阈值开关选通器单元，其特征在于：所述下电极层的材料包括：单金属材料W、Pt、Au、Ti、Al、Ag、Cu及Ni中的任意一种，或由单金属材料W、Pt、Au、Ti、Al、Ag、Cu及Ni中的任意两种或多种组合成的合金材料，或为单金属材料W、Pt、Au、Ti、Al、Ag、Cu及Ni中的任意一种的氮化物或氧化物。8.根据权利要求4所述的双向阈值开关选通器单元，其特征在于：所述上电极层的材料包括：单金属材料W、Pt、Au、Ti、Al、Ag、Cu及Ni中的任意一种，或由单金属材料W、Pt、Au、Ti、Al、Ag、Cu及Ni中的任意两种或多种组合成的合金材料，或为单金属材料W、Pt、Au、...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘广宇，吴良才，陈莹，刘万良，宋志棠，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31