一种选通管材料、选通管单元及其制作方法技术

本发明专利技术提供一种选通管材料、选通管单元及其制作方法，所述选通管材料为包括Ge、Te、Se及As四种元素的化合物，所述选通管材料的化学通式为GexTeySezAs100‑x‑y‑z，其中，x、y、z为元素的原子百分比，且10<x<40、7<y<35、20<z<80、1<100‑x‑y‑z<50。通过本发明专利技术提供的一种选通管材料、选通管单元及其制作方法，解决了现有的选通管存在阈值电压高、开关比低、及关态漏电高的问题。

Gating material, gating unit and its making method

The invention provides a gate tube material, pipe unit and its manufacturing method, the gate tube material compound consists of four elements Ge, Te, Se and As, the chemical formula of the strobe tube material is GexTeySezAs100 X Y Z, among them, x, y, Z as the atomic percentage of elements and 10< x< 7<, 40; y<, 35; 20< z< 80, 1< 100 x y z< 50. The present invention provides a kind of gating material, a gating unit and a manufacturing method thereof, which solves the problems that the existing strobe tube has the advantages of high threshold voltage, low switching ratio and high leakage of the off state.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微纳电子
，特别是涉及一种选通管材料、选通管单元及其制作方法。
技术介绍
半导体存储器在电子市场中一直占据着重要的地位。作为下一代新型的非易失性存储器，例如相变存储器、阻变存储器，都需要有一种开关性能很好的选通器件来对存储单元进行选通。在目前新兴的类脑计算中，选通器也扮演着重要的角色。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研究，以此为基础，发现了一些列具有阈值转变特性的硫系化合物，而利用硫系化合物薄膜材料作为介质的选通管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、加热电极材料、绝缘材料和引出电极材料等。选通管是利用电学信号来控制选通器件的开关，当施加电学信号于选通器件单元，使材料由高阻态向低阻态转变，此时器件出于开启状态；当撤去电学信号时，材料又由低阻态转变成高阻态，器件处于关闭状态。由于现有的选通管通常存在阈值电压高、开关比低、及关态漏电高的问题，因此，如何提供一种具有低阈值电压、高开关比、关态漏电小的选通管是目前急需解决的问题。
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选通管材料、选通管单元及其制作方法，用于解决现有的选通管存在阈值电压高、开关比低、及关态漏电高的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种选通管材料，所述选通管材料为包括Ge、Te、Se及As四种元素的化合物，所述选通管材料的化学通式为GexTeySezAs100-x-y-z，其中，x、y、z为元素的原子百分比，且10<x<40、7<y<35、20<z<80、1<100-x-y-z<50。优选地，在所述GexTeySezAs100-x-y-z中，30<100-x-y-z<50。优选地，所述选通管材料在电信号操作下可以实现高阻态到低阻态的瞬时转变，且在撤去电信号操作时瞬时自发返回高阻态。优选地，从高阻态到低阻态或从低阻态到高阻态的瞬时转变时间为0.01～1ns。本专利技术还提供一种如上述任一项所述的选通管材料的制作方法，通过离子注入法将As离子注入到Ge-Te-Se薄膜中，制成化学通式为GexTeySezAs100-x-y-z的选通管材料，其中，x、y、z为元素的原子百分比，且10<x<40、7<y<35、20<z<80、1<100-x-y-z<50。优选地，所述离子注入的剂量为1×1012～1×1016ions/cm2。优选地，根据化学通式GexTeySezAs100-x-y-z中Ge、Te与Se的不同配比，采用溅射法、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、原子气相沉积法或原子层沉积法制备Ge-Te-Se薄膜。本专利技术还提供一种利用上述任一项所述的选通管材料制作的选通管单元，所述选通管单元包括：衬底；贯穿所述衬底的下电极层；位于所述衬底及下电极层上表面的下阻挡层；位于所述下阻挡层上表面的选通管材料层；位于所述选通管材料层上表面的上阻挡层；位于所述上阻挡层上表面的上电极层；以及位于所述上电极层上表面的引出电极。优选地，所述下电极层包括单金属材料W、Pt、Au、Ti、Al、Ag、Cu、Ni中的一种或多种，或单金属材料W、Pt、Au、Ti、Al、Ag、Cu、Ni的氮化物或氧化物中的一种；所述下电极层的直径为20～200nm，所述下电极层的高度为100～500nm。优选地，所述下阻挡层包括C薄膜、TiN薄膜、SiC薄膜、SiO2薄膜、SiNx薄膜中的一种，或C、W、Ti、Al中任意两种或多种的合金材料，或单金属材料W、Ti、Al的氮化物或氧化物中的一种；所述下阻挡层的厚度为2～20nm。优选地，所述上阻挡层包括C薄膜、TiN薄膜、SiC薄膜、SiO2薄膜、SiNx薄膜中的一种，或C、W、Ti、Al中任意两种或多种的合金材料，或单金属材料W、Ti、Al的氮化物或氧化物中的一种；所述上阻挡层的厚度为3～30nm。优选地，所述选通管材料层的厚度为10～100nm。优选地，所述上电极层包括单金属材料W、Pt、Au、Ti、Al、Ag、Cu、Ni中的一种或多种，或单金属材料W、Pt、Au、Ti、Al、Ag、Cu、Ni的氮化物或氧化物中的一种；所述上电极层的厚度为10～30nm。优选地，所述引出电极包括单金属材料W、Pt、Au、Ti、Al、Ag、Cu、Ni中的一种或多种；所述引出电极的厚度为100～500nm。本专利技术还提供一种如上述任一项所述的选通管单元的制作方法，所述制作方法包括：S1：提供一衬底，并对所述衬底进行刻蚀，形成贯穿所述衬底的空槽；S2：在所述空槽内形成下电极层；S3：在所述衬底及下电极层表面形成下阻挡层；S4：在所述下阻挡层表面形成Ge-Te-Se薄膜，然后通过离子注入法将As离子注入到Ge-Te-Se薄膜中，形成化学通式为GexTeySezAs100-x-y-z的选通管材料层，其中，x、y、z为元素的原子百分比，且10<x<40、7<y<35、20<z<80、1<100-x-y-z<50；S5：在所述选通管材料层表面形成上阻挡层；S6：在所述上阻挡层表面形成上电极层；S7：在所述上电极层表面制作引出电极。优选地，所述离子注入的剂量为1×1012～1×1016ions/cm2。优选地，所述Ge-Te-Se薄膜的厚度为1～90nm。优选地，根据化学通式GexTeySezAs100-x-y-z中Ge、Te与Se的不同配比，采用溅射法、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、原子气相沉积法或原子层沉积法制备Ge-Te-Se薄膜。如上所述，本专利技术的一种选通管材料、选通管单元及其制作方法，具有以下有益效果：1.本专利技术所述选通管材料通过在Ge-Te-Se薄膜中注入As离子，可实现高阻态和低阻态之间的瞬时转变，大大缩短了高阻态和低阻态之间的转换时间。2.利用本专利技术所述选通管材料作为选通管单元的选通介质时，不仅使所述选通管单元具有较低的阈值电压，而且还提高了选通管单元的开启电流和开关比。3.利用本专利技术所述的选通管单元制作存储器时，可实现存储器的无串扰、高密度、大容量的优越性能。附图说明图1至图7显示为本专利技术所述选通管单元制作步骤的结构示意图。图8显示为实施例四所述选通管单元的电压-电流曲线。元件标号说明1衬底2空槽3下电极层4下阻挡层5Ge-Te-Se薄膜6选通管材料层7上阻挡层8上电极层9引出电极S1～S7步骤具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员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与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图1至图8。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种选通管材料，其特征在于，所述选通管材料为包括Ge、Te、Se及As四种元素的化合物，所述选通管材料的化学通式为GexTeySezAs100‑x‑y‑z，其中，x、y、z为元素的原子百分比，且10<x<40、7<y<35、20<z<80、1<100‑x‑y‑z<50。

【技术特征摘要】
1.一种选通管材料，其特征在于，所述选通管材料为包括Ge、Te、Se及As四种元素的化合物，所述选通管材料的化学通式为GexTeySezAs100-x-y-z，其中，x、y、z为元素的原子百分比，且10<x<40、7<y<35、20<z<80、1<100-x-y-z<50。2.根据权利要求1所述的选通管材料，其特征在于，在所述GexTeySezAs100-x-y-z中，30<100-x-y-z<50。3.根据权利要求1所述的选通管材料，其特征在于，所述选通管材料在电信号操作下可以实现高阻态到低阻态的瞬时转变，且在撤去电信号操作时瞬时自发返回高阻态。4.根据权利要求3所述的选通管材料，其特征在于，从高阻态到低阻态或从低阻态到高阻态的瞬时转变时间为0.01～1ns。5.一种如权利要求1～4任一项所述的选通管材料的制作方法，其特征在于，通过离子注入法将As离子注入到Ge-Te-Se薄膜中，制成化学通式为GexTeySezAs100-x-y-z的选通管材料，其中，x、y、z为元素的原子百分比，且10<x<40、7<y<35、20<z<80、1<100-x-y-z<50。6.根据权利要求5所述的选通管材料的制作方法，其特征在于，所述离子注入的剂量为1×1012～1×1016ions/cm2。7.根据权利要求5所述的选通管材料的制作方法，其特征在于，根据化学通式GexTeySezAs100-x-y-z中Ge、Te与Se的不同配比，采用溅射法、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、原子气相沉积法或原子层沉积法制备Ge-Te-Se薄膜。8.一种利用如权利要求1～4任一项所述的选通管材料制作的选通管单元，其特征在于，所述选通管单元包括：衬底；贯穿所述衬底的下电极层；位于所述衬底及下电极层上表面的下阻挡层；位于所述下阻挡层上表面的选通管材料层；位于所述选通管材料层上表面的上阻挡层；位于所述上阻挡层上表面的上电极层；以及位于所述上电极层上表面的引出电极。9.根据权利要求8所述的选通管单元，其特征在于，所述下电极层包括单金属材料W、Pt、Au、Ti、Al、Ag、Cu、Ni中的一种或多种，或单金属材料W、Pt、Au、Ti、Al、Ag、Cu、Ni的氮化物或氧化物中的一种；所述下电极层的直径为20～200nm，所述下电极层的高度为100～500nm。10.根据权利要求8所述的选通管单元，其特征在于，所述下阻挡层包括C薄膜、TiN...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴良才，刘广宇，宋志棠，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