选通管材料、相变存储芯片、存储设备及电子设备制造技术

本申请公开了选通管材料、相变存储芯片、存储设备及电子设备，属于半导体存储技术领域。该选通管材料包括Te元素和掺杂元素，Te元素的原子百分含量大于或等于85％，余量为掺杂元素；掺杂元素被配置为使选通管材料保持Te元素的双向阈值开关特性，且掺杂元素的热稳定参数满足阈值条件，使得掺杂元素在Te元素的相变温度下保持稳定。将本公开实施例提供的上述富Te元素的选通管材料用于选通管单元时，选通管单元至少具有以下优点：循环寿命长、关态漏电流低、开态电流高、开启速度快、无安全隐患。无安全隐患。无安全隐患。

【技术实现步骤摘要】
选通管材料、相变存储芯片、存储设备及电子设备


[0001]本公开涉及半导体存储
，特别涉及选通管材料、相变存储芯片、存储设备及电子设备。

技术介绍

[0002]相变存储器(Phase Change Memory，PCM)包括多个相变存储单元，为了防止目标相变存储单元的读、擦、写操作的漏电流对邻近的相变存储单元造成影响，针对每一个相变存储单元配置一个起到开关作用的选通管单元。
[0003]选通管单元包括由选通管材料制备得到的选通层，例如，Ge
x
Se
y
As
100
‑
x
‑
y
材料是一种具有双向阈值开关特性的选通管材料，其中，10<x<30，30<y<100
‑
x，30<100
‑
x
‑
y<55。
[0004]然而，相关技术提供的选通管材料中，As元素具有毒性，使其存在安全隐患，并且该选通管材料的循环寿命较低。

技术实现思路

[0005]鉴于此，本公开提供了选通管材料、相变存储芯片、存储设备及电子设备，能够解决上述技术问题。
[0006]具体而言，包括以下的技术方案：
[0007]一方面，提供了一种选通管材料，所述选通管材料包括Te元素和掺杂元素，所述Te元素的原子百分含量大于或等于85％，余量为所述掺杂元素；
[0008]所述掺杂元素被配置为使所述选通管材料保持所述Te元素的双向阈值开关特性，且所述掺杂元素的热稳定参数满足阈值条件，使得所述掺杂元素在所述Te元素的相变温度下保持稳定。
[0009]本公开实施例提供的选通管材料，使具有双向阈值开关特性的Te元素的原子百分含量大于或等于85％，使得选通管材料的组成尽可能地接近于Te单质，能够有效抑制元素分离、偏析等问题，利于提高选通管材料的循环寿命。进一步地，该选通管材料中还包括原子百分含量小于或等于15％的掺杂元素，掺杂元素不会影响选通管材料的双向阈值开关特性，且在Te元素的相变温度下保持稳定，以改善选通管材料的热稳定性，这也利于提高选通管材料的循环寿命。将本公开实施例提供的上述富Te元素的选通管材料用于选通管单元时，选通管单元不仅兼具循环寿命长和开启速度快的优点，还具有关态漏电流低、开态电流高等优点，使得基于该选通管材料的选通管单元匹配存储级内存成为可能。并且，上述掺杂元素均是无毒的，不会产生安全隐患。
[0010]在一些可能的实现方式中，所述阈值条件包括所述掺杂元素在400℃下的耐受时间大于或等于30分钟。
[0011]在一些可能的实现方式中，所述掺杂元素选自Ge、Ga、Cd、Si、B、C、N、Mg、Al、Ca、Zn、Se、S中的至少一种。
[0012]上述的Ge、Ga、Cd、Si、B、C、N、Mg、Al、Ca、Zn、Se、S等掺元素与Te元素配合，均能够使
得选通管材料保持良好的选通性能，且这些掺杂元素均能够提高选通管材料的能带结构，对于提高其热稳定性特别有利。
[0013]在一些可能的实现方式中，所述Te元素的原子百分含量大于或等于90％，相应地，掺杂元素的原子百分含量小于或等于10％，进一步举例来说，使Te元素的原子百分含量为90％～95％，相应地，掺杂元素的原子百分含量为5％～10％。
[0014]另一方面，提供了一种相变存储芯片，所述相变存储芯片包括：多个存储子单元，每一所述存储子单元包括相串联的选通管单元和相变存储单元；
[0015]每个所述选通管单元包括选通层，所述选通层采用上述的任一种选通管材料制备得到。
[0016]本公开实施例提供的相变存储芯片，基于使用了富含Te元素的选通管材料，使得该相变存储芯片具有更高的循环寿命和以下良好的选通性能：关态漏电流低、开态电流高、开启速度快等。
[0017]在一些可能的实现方式中，所述选通层的厚度为10nm～100nm。
[0018]在一些可能的实现方式中，所述选通管单元的选通层集成于对应的所述相变存储单元中，该种示例下，选通层和相变存储单元中的相变薄膜通过电极层进行串联连接即可。
[0019]在一些可能的实现方式中，所述选通管单元与对应的所述相变存储单元各自独立，该种示例下，选通管单元的一个电极层和对应的相变存储单元的一个电极层通过导线等方式进行串联连接即可。
[0020]在一些可能的实现方式中，所述选通管单元包括：选通层、衬底、底电极、顶电极、绝缘介质；
[0021]所述底电极位于所述衬底的表面；
[0022]所述选通层连接于所述底电极和所述顶电极之间；
[0023]所述绝缘介质包覆于所述选通层的侧部。
[0024]另一方面，提供了一种存储设备，所述存储设备包括控制器及至少一个如上述所示的相变存储芯片，所述控制器用于存储数据至所述相变存储芯片。
[0025]该存储设备(又可以称为存储器)，可以被配置为存储各种类型的数据，这些数据可以为联系人数据，电话簿数据，消息，图片，视频等，也可以为指令性数据。
[0026]本公开实施例涉及的存储设备可以设置成各种类型，例如，这包括但不限于：内存、硬盘、磁盘、光盘等。
[0027]另一方面，提供了一种电子设备，所述电子设备包括处理器及上述所示的存储设备，所述处理器用于存储所述电子设备产生的数据至所述存储设备。
[0028]在一些示例中，该电子设备包括但不限于：计算机、手机、音乐播放设备、数字广播设备、消息收发设备、游戏控制设备、医疗设备、健身设备、个人数字助理等。
附图说明
[0029]图1为本公开实施例提供的Te
90
Ge
10
材料模型和Te
80
Ge
20
材料模型在300K温度下的元素迁移能力分布图；
[0030]图2为本公开实施例提供的Te
90
Ge
10
材料模型和Te
80
Ge
20
材料模型在400K温度下的元素迁移能力分布图；
[0031]图3为本公开实施例提供的一示例性相变存储芯片的结构示意图；
[0032]图4为本公开实施例提供的一示例性存储子单元的结构示意图；
[0033]图5为本公开实施例提供的另一示例性存储子单元的结构示意图；
[0034]图6为本公开实施例提供的一示例性选通管单元的结构示意图；
[0035]图7为本公开实施例提供的一示例性相变存储单元的结构示意图；
[0036]图8为本公开实施例提供的OTS型选通管单元的基本I
‑
V特性图；
[0037]图9为本公开实施例提供的OTS型选通管单元的三角波电流响应图；
[0038]图10为本公开实施例提供的OTS型选通管单元的开启时间测试图；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种选通管材料，其特征在于，所述选通管材料包括Te元素和掺杂元素，所述Te元素的原子百分含量大于或等于85％，余量为所述掺杂元素；所述掺杂元素被配置为使所述选通管材料保持所述Te元素的双向阈值开关特性，且所述掺杂元素的热稳定参数满足阈值条件，使得所述掺杂元素在所述Te元素的相变温度下保持稳定。2.根据权利要求1所述的选通管材料，其特征在于，所述阈值条件包括所述掺杂元素在400℃下的耐受时间大于或等于30分钟。3.根据权利要求2所述的选通管材料，其特征在于，所述掺杂元素选自Ge、Ga、Cd、Si、B、C、N、Mg、Al、Ca、Zn、Se、S中的至少一种。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的选通管材料，其特征在于，所述Te元素的原子百分含量大于或等于90％。5.一种相变存储芯片，其特征在于，所述相变存储芯片包括：多个存储子单元(100)，每一所述存储子单元(100)包括相串联的选通管单元(001)和相变存储单元(002)；每个所述选通管单元(001)包括选通层(101)，所述选通层(101)采用权利要求1
‑
4任一项所述的选通管材料制备得到。6.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：童浩，王伦，缪向水，郭晨阳，朱晓明，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：