本发明专利技术提供了一种金属掺杂的Ge-Sb-Te基多值存储相变材料，通式为：Mx(GeaSbbTec)1-x,其中M为掺杂金属元素，所述M为Cu、Ag和Zn中的至少一种，x代表M的原子个数百分比，0<x<20％，所述M均匀散布在GeaSbbTec中。该相变材料在外加脉冲电压或脉冲电流下，可实现非晶高阻态，非晶低阻态，晶态低阻态的三态存储，各个状态之间区分明显且中间阻态可控性强，且获取中间阻态所需的电场较小，能耗较低，获得的中间阻态具有良好的稳定性，可重复性好。本发明专利技术实施例还提供了包含该金属掺杂的Ge-Sb-Te基多值存储相变材料的相变存储器。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种金属掺杂的Ge-Sb-Te基多值存储相变材料及相变存储器
本专利技术涉及相变存储材料领域，特别是涉及一种金属掺杂的Ge-Sb-Te基多值存储相变材料及相变存储器。
技术介绍
相变存储器由于表现出显著的技术优势，被国际半导体工业协会认为可取代闪存和动态随机存储等而成为未来半导体存储器主流产品之一。目前，相变存储器的研究主要集中在高速、低功耗等方面。为适应海量信息存储的要求，相变存储器的高密度存储研究显得尤为重要。而实现高密度相变存储器的传统方法包括：减小相变单元面积和减小外围电路面积，前者需要对器件结构进行改进以及受到光刻尺寸的限制；后者需对集成电路设计优化。如果能够充分利用相变材料在晶态和非晶态之间电阻的差异(通常为几十倍到上百倍)实现大于2位的多值存储，则可避开上述传统方法的问题。这样就可以基于现有的相变存储器光刻技术和集成电路设计而大大扩充存储容量。目前，业内报道的多值存储材料多为主流相变材料(Ge-Sb-Te基相变材料)掺杂非金属元素或掺杂非主流相变材料，前者存在中间阻态难以控制、所需电场大，能耗高等缺点，后者则存在相变性能较差，中间态不稳定等缺点。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术实施例第一方面提供了一种金属掺杂的Ge-Sb-Te基多值存储相变材料，用以解决现有技术中多值存储材料存在的相变性能较差、中间态不稳定、能耗高等问题。第一方面，本专利技术实施例提供了一种金属掺杂的Ge-Sb-Te基多值存储相变材料，所述存储相变材料的通式为：Mx(GeaSbbTec)1-x，其中M为掺杂金属元素，所述M为Cu、Ag和Zn中的至少一种，x代表M的原子个数百分比，0＜x＜20％，所述M均匀散布在GeaSbbTec中。本专利技术实施方式中，所述相变材料为Mx(Ge2Sb2Te5)1-x。本专利技术实施方式中，所述相变材料为Mx(Ge1Sb2Te4)1-x。本专利技术实施方式中，所述相变材料为Mx(Ge2Sb2Te4)1-x。本专利技术实施方式中，所述相变材料为Mx(Ge3Sb4Te8)1-x。本专利技术实施方式中，通过给所述相变材料施加脉冲电压或脉冲电流，所述相变材料可在非晶高阻态、非晶低阻态、晶态低阻态三种不同状态之间转换，从而实现多值存储。本专利技术实施方式中，通过给所述相变材料施加第一脉冲电压或脉冲电流可使所述掺杂金属元素M原子在两极之间形成导电通路，实现非晶高阻态到非晶低阻态的转变，通过给所述相变材料施加第二脉冲电压或脉冲电流使所述相变材料晶化，实现非晶低阻态到晶态低阻态的转变，所述第一脉冲电压或脉冲电流小于或等于第二脉冲电压或脉冲电流的1/2。本专利技术实施方式中，所述第一脉冲电压为0.25V-1V；所述第二脉冲电压为0.5V-2V。本专利技术实施方式中，所述非晶高阻态与所述晶态低阻态之间的电阻变化幅度在两个数量级以上。本专利技术实施方式中，所述相变材料采用溅射法、电子束蒸发法、气相沉积法或原子层沉积法制备得到。本专利技术实施方式中，所述相变材料在惰性气体的氛围下，采用Ge、Sb、Te、金属M、四个单质靶共溅射形成。本专利技术实施方式中，所述相变材料在惰性气体的氛围下，采用Ge-Sb-Te合金靶、金属M单质靶共溅射形成。本专利技术实施例第一方面提供的金属掺杂的Ge-Sb-Te基多值存储相变材料，在外加脉冲电压或脉冲电流下，可实现非晶高阻态，非晶低阻态，晶态低阻态的三态存储，各个状态之间区分明显且中间阻态可控性强，获取中间阻态所需的电场较小，能耗较低，利用非晶态相变材料中金属原子M在电场作用下形成导电通道获得的中间阻态具有良好的稳定性，可重复性好。第二方面，本专利技术实施例提供了一种相变存储器，包括相变存储单元，所述相变存储单元包括依次设置于衬底上的顶电极、第一隔离层、相变存储材料薄膜层、第二隔离层、下电极，所述顶电极与所述相变存储材料薄膜层电接触，所述相变存储材料薄膜层的材质为本专利技术实施例第一方面所述的金属掺杂的Ge-Sb-Te基多值存储相变材料。本专利技术实施方式中，所述相变存储材料薄膜层的厚度为10nm-120nm。本专利技术实施例第二方面提供的相变存储器，在外加脉冲电压或脉冲电流下，可实现非晶高阻态，非晶低阻态，晶态低阻态的三态存储，可实现高密度多值存储，稳定性高，可重复性好，且基于传统的相变存储器单元结构，没有提升工艺复杂度，编程方法简单，没有提升电路设计复杂度。本专利技术实施例的优点将会在下面的说明书中部分阐明，一部分根据说明书是显而易见的，或者可以通过本专利技术实施例的实施而获知。附图说明图1为GST晶态薄膜的NaCl型原子排列；图2为本专利技术实施例的金属掺杂Ge-Sb-Te基多值存储相变材料分别处于晶化低阻态、非晶低阻态和非晶高阻态的微观结构；图3为基于本专利技术实施例的金属掺杂的Ge-Sb-Te基多值存储相变材料的相变存储器单元结构示意图；图4为本专利技术实施例一的相变存储器实现多值存储的脉冲示意图；图5本专利技术实施例一的相变存储器的存储单元的脉冲测试结果。具体实施方式以下所述是本专利技术实施例的优选实施方式，应当指出，对于本
的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术实施例原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本专利技术实施例的保护范围。本专利技术实施例第一方面提供了一种金属掺杂的Ge-Sb-Te基多值存储相变材料，用以解决现有技术中多值存储材料存在相变性能较差，中间态不稳定，能耗高等问题。第一方面，本专利技术实施例提供了一种金属掺杂的Ge-Sb-Te基多值存储相变材料，所述存储相变材料的通式为：Mx(GeaSbbTec)1-x，其中M为掺杂金属元素，所述M为Cu、Ag和Zn中的至少一种，x代表M的原子个数百分比，0＜x＜20％，所述M均匀散布在GeaSbbTec中。本专利技术实施方式中，所述相变材料为Mx(Ge2Sb2Te5)1-x。本专利技术实施方式中，所述相变材料为Mx(Ge1Sb2Te4)1-x。本专利技术实施方式中，所述相变材料为Mx(Ge2Sb2Te4)1-x。本专利技术实施方式中，所述相变材料为Mx(Ge3Sb4Te8)1-x。本专利技术实施方式中，通过给所述相变材料施加脉冲电压或脉冲电流，所述相变材料可在非晶高阻态、非晶低阻态、晶态低阻态三种不同状态之间转换，从而实现多值存储。本专利技术实施方式中，通过给所述相变材料施加第一脉冲电压或脉冲电流可使所述掺杂金属元素M原子在两极之间形成导电通路，实现非晶高阻态到非晶低阻态的转变，通过给所述相变材料施加第二脉冲电压或脉冲电流使所述相变材料晶化，实现非晶低阻态到晶态低阻态的转变，所述第一脉冲电压或脉冲电流小于或等于第二脉冲电压或脉冲电流的1/2。本专利技术实施方式中，所述第一脉冲电压为0.25V-1V；所述第二脉冲电压为0.5V-2V。本专利技术实施方式中，所述非晶高阻态与所述晶态低阻态之间的电阻变化幅度在两个数量级以上。GST(Ge-Sb-Te)薄膜的原子排列如图1所示，为NaCl型原子排列，其结构中，存在未被填入原子的晶格点，即空位，空位占整个晶格的比率为空位率。由于Ge-Sb-Te基相变材料具有10％-20％的空位率，为金属原子提供了迁移的空间。金属具有良好的导电性，在Ge-Sb-Te基相变材料中掺入原子半径较小、活性较大的金属材料Cu(128pm)、Ag(144pm)、Zn(133pm)，当没有外加电压时，金属原子均匀本文档来自技高网...
【技术保护点】
PCT国内申请，权利要求书已公开。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种金属掺杂的Ge-Sb-Te基多值存储相变材料，其特征在于，所述存储相变材料的通式为：Mx(GeaSbbTec)1-x,所述Mx(GeaSbbTec)1-x为Mx(Ge1Sb2Te4)1-x、Mx(Ge2Sb2Te4)1-x或Mx(Ge3Sb4Te8)1-x，其中M为掺杂金属元素，所述M为Cu、Ag中的至少一种，x代表M的原子个数百分比，0<x<20％，所述M均匀散布在GeaSbbTec中，通过给所述相变材料施加第一脉冲电压或脉冲电流可使所述掺杂金属元素M原子在两极之间形成导电通路，实现非晶高阻态到非晶低阻态的转变，通过给所述相变材料施加第二脉冲电压或脉冲电流使所述相变材料晶化，实现非晶低阻态到晶态低阻态的转变，所述第一脉冲电压或脉冲电流小于或等于第二脉冲电压或脉冲电流的1/2，所述相变材料可在非晶高阻态、非晶低阻态、晶态低阻态三种不同状态之间转换，从而实现多值存储。2.如权利要求1所述的金属掺杂的Ge-Sb-Te基多值存储相变材料，其特征在于，所述第一脉冲电压为0.25V-1V；所述第二脉冲电压为0.5V-2V。3.如权利要求1所述的金...
【专利技术属性】
技术研发人员：缪向水，余念念，童浩，徐荣刚，赵俊峰，张树杰，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44
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