一种相变材料、相变存储器单元及其制作方法技术

本发明专利技术涉及微纳电子技术领域，本发明专利技术公开了一种相变材料，其包括M和碲(Te)两种化学元素，该相变材料的化学通式为M

A phase change material, phase change memory unit and its fabrication method

【技术实现步骤摘要】
一种相变材料、相变存储器单元及其制作方法
本专利技术涉及微纳电子
，特别涉及一种相变材料、相变存储器单元及其制作方法。
技术介绍
相变存储器(PhaseChangeMemory，PCM)是近年来兴起的一种非挥发半导体存储器。与目前已有的多种半导体存储技术相比，它具有器件尺寸可缩的优越性(纳米级)、高速读取、低功耗、高密度和制造工艺简单等优点，是存储器中被工业界广泛看好的有力竞争者，有望替代闪存(Flash技术)成为下一代非挥发存储器的主流存储技术，因而其拥有广阔的市场前景。相变存储器(PCRAM)原理是以硫系化合物为存储介质，利用电能(热量)使材料在晶态(低阻)与非晶态(高阻)之间相互转换实现信息的写入与擦除，信息的读出靠测量电阻的大小，比较其高阻“1”还是低阻“0”来实现的。现有技术中，常用的相变存储材料体系主要是碲基材料，如Ge-Sb-Te、Si-Sb-Te和Ag-In-Sb-Te等。但是传统的Ge2Sb2Te5等相变材料具有结晶温度较低、结晶速度慢并且结晶晶粒较大、热稳定性差的缺点。而消费型电子要求非挥发性存储器至少能在85℃的条件下保存数据10年，工业电子对其要求更加苛刻。在没掺杂的情况下，Ge2Sb2Te5、Sb2Te3、Sb2Te等相变材料不能应用于相变存储器。
技术实现思路
本申请要解决的是
技术介绍
中现有相变材料热稳定性差技术问题。本申请提供了一种相变材料，其包括M和碲(Te)两种化学元素，该相变材料的化学通式为M100-x-y-zGexSbyTez，其中，x、y和z为元素的原子百分比，该M为铪(Hf)或者铟(In)。可选地，在该M100-x-y-zGexSbyTez中，0≤x≤50，0≤y≤80，0＜z≤60，0＜100-x-y-z≤20。可选地，还包括碳(C)，该碳(C)的原子百分比小于15％。可选地，该M100-x-y-zGexSbyTez包括高阻值态和低阻值态；该高阻值态对应该M100-x-y-zGexSbyTez的非晶态，该低阻值态对应该M100-x-y-zGexSbyTez的全部结晶态或者部分结晶态。可选地，该M100-x-y-zGexSbyTez能够在电驱动、激光脉冲驱动或者电子束驱动下实现电阻率的可逆转变。本申请在另一方面还公开了一种相变材料的制备方法，其包括以下步骤：采用物理方法或者化学方法制备相变材料，该相变材料包括M和碲(Te)两种化学元素，该相变材料的化学通式为M100-x-y-zGexSbyTez，其中，x、y和z为元素的原子百分比，该M为铪(Hf)或者铟(In)。可选地，该物理方法包括磁控溅射法、脉冲激光沉积法或者电子束蒸发法；该化学方法包括化学气相淀积法、原子层沉积法或者电镀法。可选地，该物理方法包括磁控溅射法；该采用物理方法制备相变材料，包括：采用M单质靶和Sb-Te合金靶、锗(Ge)单质靶共溅射制备该相变材料，溅射该M单质靶的电源为直流电源，溅射该Sb-Te合金靶的电源为射频电源，或；采用M单质靶和锗(Ge)单质靶、锑(Sb)单质靶、碲(Te)单质靶共溅射制备该相变材料，溅射该M单质靶的电源为直流电源，溅射该锑(Sb)单质靶的电源、该碲(Te)单质靶的电源为射频电源。可选地，该物理方法包括磁控溅射法；该采用物理方法制备相变材料，包括：采用M单质靶与Ge2Sb2Te5合金靶共溅射制备该相变材料；其中，溅射该M单质靶的电源为直流电源，溅射该Ge2Sb2Te5合金靶的电源为射频电源；溅射气氛为氩气。可选地，该采用M单质靶与Ge2Sb2Te5合金靶共溅射制备该相变材料，包括：采用该M单质靶、该Ge2Sb2Te5合金靶与碳(C)单质靶共溅射制备该相变材料；溅射该碳(C)单质靶的电源为射频电源。本申请在另一方面还公开了一种存储器单元，其包括第一电极层、第二电极层和上述的相变材料；该相变材料位于该第一电极层上；该第二电极层位于该相变材料上。可选地，该第一电极层与该相变材料之间设有粘合层，或，该第二电极层与该相变材料之间设有粘合层。可选地，该粘合层的材料为钨(W)、铂(Pt)、金(Au)、钛(Ti)、铝(Al)、银(Ag)、铜(Cu)和镍(Ni)中的至少一种材料。本申请在另一方面还公开了一种存储器单元的制备方法，其包括以下步骤：制备第一电极层；在该第一电极层的表面制备相变材料；在相变材料层的表面制备第二电极层。可选地，该制备第一电极层和制备第二电极层，包括：通过溅射法、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该第一电极层和该第二电极层。采用上述技术方案，本申请提供的相变材料具有如下有益效果：本申请提供了一种相变材料，其包括M和碲(Te)两种化学元素，该相变材料的化学通式为M100-x-y-zGexSbyTez，其中，x、y和z为元素的原子百分比，该M为铪(Hf)或者铟(In)，如此，该相变材料具有较高的结晶温度，从而使得该相变材料的热稳定性好，而应用其的相变存储器单元也具较好的耐疲劳循环特性。附图说明为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本申请提供的一种可选地实施方式中的相变材料电阻随温度变化趋势图；图2为本申请提供的一种可选地实施方式中的相变材料的数据保持力拟合关系曲线图；图3为本申请提供的一种可选地实施方式中的相变存储器单元的电阻与所施加的电压脉冲的关系图；图4为本申请提供的另一种可选地实施方式中的相变材料电阻随温度变化趋势图；图5为本申请提供的另一种可选地实施方式中的相变材料的数据保持力拟合关系曲线图；图6为本申请提供的一种可选地实施方式中的相变存储器单元的电阻与所施加的电压脉冲的关系图。具体实施方式下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本申请至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种相变材料，其特征在于，包括M和碲(Te)两种化学元素，所述相变材料的化学通式为M

【技术特征摘要】
1.一种相变材料，其特征在于，包括M和碲(Te)两种化学元素，所述相变材料的化学通式为M100-x-y-zGexSbyTez，其中，x、y和z为元素的原子百分比，所述M为铪(Hf)或者铟(In)。


2.根据权利要求1所述的相变材料，其特征在于，
在所述M100-x-y-zGexSbyTez中，0≤x≤50，0≤y≤80，0＜z≤60，0＜100-x-y-z≤20。


3.根据权利要求2所述的相变材料，其特征在于，还包括碳(C)，所述碳(C)的原子百分比小于15％。


4.根据权利要求1所述的相变材料，其特征在于，
所述M100-x-y-zGexSbyTez包括高阻值态和低阻值态；
所述高阻值态对应所述M100-x-y-zGexSbyTez的非晶态，所述低阻值态对应所述M100-x-y-zGexSbyTez的全部结晶态或者部分结晶态。


5.根据权利要求1所述的相变材料，其特征在于，
所述M100-x-y-zGexSbyTez能够在电驱动、激光脉冲驱动或者电子束驱动下实现电阻率的可逆转变。


6.一种相变材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
采用物理方法或者化学方法制备相变材料，所述相变材料包括M和碲(Te)两种化学元素，所述相变材料的化学通式为M100-x-y-zGexSbyTez，其中，x、y和z为元素的原子百分比所述M为铪(Hf)或者铟(In)。


7.根据权利要求6所述的相变材料的制备方法，其特征在于，
所述物理方法包括磁控溅射法、脉冲激光沉积法或者电子束蒸发法；
所述化学方法包括化学气相淀积法、原子层沉积法或者电镀法。


8.根据权利要求6所述的相变材料的制备方法，其特征在于，所述物理方法包括磁控溅射法；
所述采用物理方法制备相变材料，包括：
采用M单质靶和Sb-Te合金靶、锗(Ge)单质靶共溅射制备所述相变材料，溅射所述M单质靶的电源为直流电源，溅射所述Sb-Te合金靶的电源为射频电源，
或；
采用M单质靶和锗(Ge)单质靶、锑(Sb)单质靶、碲(Te)...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋志棠，王若冰，宋三年，
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