多级电阻转换存储单元及存储器制造技术

本发明专利技术提供一种多级电阻转换存储单元及存储器。其中，所述多级电阻转换存储单元至少包括：形成于衬底上的层叠结构，该层叠结构由半导体材料层和相变材料层交替层叠而成，总层数为2N层，N为大于等于5的整数，其中，相变材料层的材料为电阻率能随温度变化的材料，优选为锑碲合金。该多级电阻转换存储单元可应用于电编程的电阻转换存储器等领域，由于其电阻值具有随温度变化而出现多级电阻值的特性，从而可以应用到多级电阻转换存储器中，采用电信号或者激光改变器件的电阻，实现数据的多级存储功能。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供一种多级电阻转换存储单元及存储器。其中，所述多级电阻转换存储单元至少包括：形成于衬底上的层叠结构，该层叠结构由半导体材料层和相变材料层交替层叠而成，总层数为2N层，N为大于等于5的整数，其中，相变材料层的材料为电阻率能随温度变化的材料，优选为锑碲合金。该多级电阻转换存储单元可应用于电编程的电阻转换存储器等领域，由于其电阻值具有随温度变化而出现多级电阻值的特性，从而可以应用到多级电阻转换存储器中，采用电信号或者激光改变器件的电阻，实现数据的多级存储功能。【专利说明】多级电阻转换存储单元及存储器
本专利技术涉及微电子学中制备工艺领域，特别是涉及一种多级电阻转换存储单元及存储器。
技术介绍
目前，存储器的种类主要包括:静态存储器(SRAM)、动态存储器(DRAM)、磁盘、闪存(Flash)、铁电存储器等。而其它存储器，例如相变存储器(PCRAM)、电阻随机存储器(RRAM)作为下一代存储器的候选者也受到了广泛的研究。在当前众多的可能替代现有的存储技术而成为商业化的新型存储技术中，PCRAM被认为是下一代非挥发存储技术的最佳解决方案之一，具有存储单元尺寸小、非挥发性、循环寿命长、稳定性好、功耗低和可嵌入功能强等优点，特别是在器件特征尺寸的缩小方面优势尤为突出，业界认为在不久的将来FLASH将遭遇尺寸缩小限制，而PCRAM在65nm节点后的技术优势将越来越明显。英特尔、三星、意法半导体、飞利浦、国际商业机器公司和艾必达等国际知名半导体公司花费了大量的人力物力来对此技术进行开发，目前三星已经研制出容量达到8Gb的相变内存颗粒。PCRAM研究的重要方向之一是如何提高存储容量。虽然可以通过利用超精细加工手段减小存储单元本身的尺寸来提高器件的存储密度而提高存储容量，但是过高的存储密度会带来不可避免的串扰问题(包括热、电、磁串扰)和由高密度带来的各种寄生效应。
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多级电阻转换存储单元及存储器，以实现数据的多级存储。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种多级电阻转换存储单元，其至少包括:形成于衬底上的层叠结构，该层叠结构由半导体材料层和相变材料层交替层叠而成，总层数为2N层，N为大于等于5的整数，其中，相变材料层的材料为电阻率能随温度变化的材料。优选地，所述相变材料层的材料为锑碲合金，其中，锑、碲两种元素的原子百分比为66.7?80: 20?33.3 ;更为优选地，所述锑碲合金中锑元素的原子百分含量为66.7%，其余为碲元素。优选地，所述相变材料层的厚度范围为f IOnm ;更为优选地，所述相变材料层的厚度为5nm。优选地，所述半导体材料层的材料包括锗或硅，其厚度范围为0.f 10nm。优选地,所述半导体材料层的材料为锗,其厚度为0.5nm、lnm或1.67nm等。优选地，所述半导体材料层的材料为娃，其厚度为0.73nm、l.35nm、2.73nm等。优选地，所述总层数不超过50层。本专利技术提供一种可电编程的电阻转换存储器，其包括多个前述的多级电阻转换存储单元。如上所述，本专利技术的多级电阻转换存储单元及存储器，具有以下有益效果:能实现数据的多级存储。【专利附图】【附图说明】图1A显示为本专利技术的多级电阻转换存储单元示意图；图1B显示为本专利技术的多级电阻转换存储单元的透射电镜图(TEM)；图2A显示为本专利技术的一种优选多级电阻转换存储单元的电阻随温度的变化曲线示意图；图2B显示为本专利技术的另一种优选多级电阻转换存储单元的电阻随温度的变化曲线示意图；图2C显示为本专利技术的又一种优选多级电阻转换存储单元的电阻随温度的变化曲线示意图；图3显示为本专利技术的再一种优选多级电阻转换存储单元的电阻随温度的变化曲线示意图。【具体实施方式】以下由特定的具体实施例说明本专利技术的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点及功效。请参阅图1A至图3。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本专利技术可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本专利技术所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本专利技术所揭示的
技术实现思路
得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本专利技术可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更
技术实现思路
下，当亦视为本专利技术可实施的范畴。实施例1本专利技术的多级电阻转换存储单元包括:形成于SiO2衬底上的层叠结构，如图1A及IB所示，该层叠结构由锗材料层和锑碲合金层交替层叠而成，总层数为2N=50层，其中，锑碲合金层中锑含量约为66.7%原子百分比，碲含量约为33.3%原子百分比，厚度为5nm，锗材料层的厚度为0.5nm。请参阅图2A，图2A为锗材料层、锑碲合金层交替结构的电阻随温度变化曲线(R-T)，该曲线均是升温过程。从图2A中可见，当半导体材料层采用锗材料，厚度为0.5nm ；相变材料层采用锑碲合金(锑含量约为66.7%原子百分比，碲含量约为33.3%原子百分比)，厚度为5nm，半导体材料层和相变材料层的总层数为50层时，在升温过程中出现了两次电阻骤降的过程，第一结晶温度约为162°C，第二结晶温度约为190.2°C，材料的高、中电阻值差异超过两个数量级，中、低电阻值差异超过一个数量级。实施例2本专利技术的多级电阻转换存储单元包括:形成于SiO2衬底上的层叠结构，如图1A及IB所示，该层叠结构由锗材料层和锑碲合金层交替层叠而成，总层数为2N=40层，其中，锑碲合金层中锑含量约为66.7%原子百分比，碲含量约为33.3%原子百分比，厚度为5nm，锗材料层的厚度为lnm。请参阅图2B，图2B为锗材料层、锑碲合金层交替结构的电阻随温度变化曲线(R-T)，该曲线均是升温过程。从图2B中可见，当半导体材料层锗的厚度为lnm，相变材料层采用锑碲合金(锑含量约为66.7%原子百分比，碲含量约为33.3%原子百分比)，厚度为5nm，半导体材料和相变材料的总层数为40层时，在升温过程中出现了两次电阻骤降的过程，第一结晶温度约为162°C，第二结晶温度约为219.5°C，材料的高、中电阻值差异超过两个数量级，中、低电阻值差异超过一个数量级。实施例3本专利技术的多级电阻转换存储单元包括:形成于SiO2衬底上的层叠结构，如图1A及IB所示，该层叠结构由锗材料层和锑碲合金层交替层叠而成，总层数为2N=40层，其中，锗材料层的厚度为1.67nm，锑碲合金层中锑含量约为66.7%原子百分比，碲含量约为33.3%原子百分比，厚度为5nm。请参阅图2C，图2C为锗材料层、锑碲合金层交替结构的电阻随温度变化曲线(R-T)，该曲线均是升温过程。从图2C中可见，当半导体材料层采用锗材料，厚度为1.67nm，相变材料层采用锑碲合金(锑含量约为66.7%原子百分比，碲含量约为33.3%原子百分比)，厚度为5nm，半导体材料和相变材料的总层数为40层时，在升温过程中出现了两次电阻骤降的过程，第一结晶温度约为162°C，第二结晶温度约为239.7本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多级电阻转换存储单元，其特征在于，所述多级电阻转换存储单元至少包括：形成于衬底上的层叠结构，该层叠结构由半导体材料层和相变材料层交替层叠而成，总层数为2N层，N为大于等于5的整数，其中，相变材料层的材料为电阻率能随温度变化的材料。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：顾怡峰，宋志棠，席韡，宋三年，刘波，封松林，
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