【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微纳电子领域，更具体地，涉及hfn-ge-sb-te相变材料及低功耗相变存储器。
技术介绍
1、在当今电子技术以及信息产业飞速发展的时代，随着数据的爆炸式增长，人们对非易失性存储器的性能要求也越来越高。相变存储器(pcm)凭借其集成度高、响应速度快、循环寿命长等优点被国际半导体工业协会认为最有可能取代闪存和动态存储器而成为未来主流存储器。相变存储器的基本原理是用电脉冲信号作用于存储单元上，使相变材料在非晶态与晶态之间发生可逆相变来实现“0”和“1”的存储。在单元上施加一个窄脉宽、高幅值的电脉冲对其进行reset操作，晶态相变存储材料熔化快冷转变为非晶无序态，从而实现从低阻态“0”到高阻态“1”的快速阻变。反之，在相变单元上施加一个宽脉宽、低幅值的电脉冲对其进行set操作，非晶态相变存储材料经历一个类退火过程结晶，返回低阻态，实现“1”擦写回“0”。相变材料主要为硫系化合物材料，其中以ge、sb、te三种元素组成的化合物最为常见。目前相变存储器具有非易失的优点，且擦写较快(几十到几百纳秒)，但reset功耗比较高，不利于器件能耗降低和存储器芯片的高度集成，需要进一步降低其reset功耗。
2、相变材料性能的优化是提升相变存储器性能的关键，而相变材料的微观结构决定着其宏观特性。目前，对常规ge-sb-te相变材料的主要性能优化手段是掺杂，掺杂工艺相对于类超晶格、异质结构等多层制备工艺更简单，成本更低，更受产业界欢迎。但是，通过掺杂通常提升的是相变存储器的晶化速度、非晶稳定性等性能，很少见到掺杂能降低相变存储
技术实现思路
1、针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供hfn-ge-sb-te相变材料及低功耗相变存储器，旨在解决现有的相变存储器降低功耗的方法过于复杂的问题。
2、为实现上述目的，按照本专利技术的一方面，提供了一种hfn-ge-sb-te相变材料，其通式为(hfn)x(ge-sb-te)1-x，x为hfn的分子数占总分子数的百分比，其中hfn与晶态ge-sb-te系合金的晶格失配度大于20％，以抑制ge-sb-te相变材料的晶化程度。
3、作为进一步优选地，所述ge-sb-te系合金为ge2sb2te5、ge1sb2te4或ge1sb4te7。
4、作为进一步优选地，x的取值范围为0＜x＜30％。
5、作为进一步优选地，所述hfn-ge-sb-te相变材料为薄膜状，其厚度为5nm～300nm。
6、按照本专利技术的另一方面，提供了一种低功耗相变存储器，其包括依次层叠的底电极、隔离层、相变存储材料薄膜层和顶电极，其中所述隔离层开有贯穿的通孔，所述相变存储材料薄膜层沉积在该通孔内，并与底电极和顶电极接触，所述相变存储材料薄膜层采用上述hfn-ge-sb-te相变材料制成。
7、作为进一步优选地，所述底电极和顶电极的厚度为5nm～1μm，所述相变存储材料薄膜层的厚度为5nm～300nm，所述隔离层的厚度为5nm～300nm，所述隔离层的通孔直径为10nm～1μm。
8、作为进一步优选地，所述底电极和顶电极的材料为al、ag、cu、ti3w7、pt、au、w、ti或tin，所述隔离层的材料为sio2、sic或(zns)z(sio2)100-z，其中，z为大于0小于100的整数。
9、按照本专利技术的又一方面，提供了上述低功耗相变存储器的制备方法，该制备方法包括如下步骤：
10、s1在衬底上依次制备底电极和隔离层；
11、s2在所述隔离层内部刻蚀通孔，该通孔贯穿隔离层，直达底电极的表面接触；
12、s3在所述通孔的内部沉积相变存储材料薄膜层；
13、s4在所述相变存储材料薄膜层的表面沉积顶电极，进而制得所述低功耗相变存储器。
14、作为进一步优选地，步骤s3中，采用磁控溅射法、化学气相沉积法、原子层沉积法、电镀法或电子束蒸发法制备相变存储材料薄膜层。
15、作为进一步优选地，步骤s3中，采用磁控溅射法时，采用hfn靶、ge-sb-te系合金靶共溅射的方式制备相变存储材料薄膜层。
16、总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
17、1.本专利技术将hfn掺杂在ge-sb-te系合金中，并保证hfn与ge-sb-te系合金的晶格失配度大于20％，从而能够使hfn-ge-sb-te相变材料形成更稳定的非晶结构，显著抑制其晶化程度，缩小其晶化区域，进而提高hfn-ge-sb-te相变材料的非晶稳定性，抑制了hfn-ge-sb-te相变材料的电阻漂移；
18、2.同时，本专利技术提出了利用上述hfn-ge-sb-te相变材料制成的低功耗相变存储器，不需要改变存储器的结构，仅对相变存储材料薄膜层的组成进行优化即可实现降低reset功耗的功能，通过在ge-sb-te系合金中掺杂hfn，使得相变材料的晶化程度显著被抑制，从而有效降低器件的reset功耗，提高器件的set速度，同时抑制器件的电阻漂移。
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1.一种HfN-Ge-Sb-Te相变材料，其特征在于，该HfN-Ge-Sb-Te相变材料的通式为(HfN)x(Ge-Sb-Te)1-x，x为HfN的分子数占总分子数的百分比，其中HfN与晶态Ge-Sb-Te系合金的晶格失配度大于20％，以抑制Ge-Sb-Te相变材料的晶化程度。
2.如权利要求1所述的HfN-Ge-Sb-Te相变材料，其特征在于，所述Ge-Sb-Te系合金为Ge2Sb2Te5、Ge1Sb2Te4或Ge1Sb4Te7。
3.如权利要求1所述的HfN-Ge-Sb-Te相变材料，其特征在于，x的取值范围为0＜x＜30％。
4.如权利要求1～3任一项所述的HfN-Ge-Sb-Te相变材料，其特征在于，所述HfN-Ge-Sb-Te相变材料为薄膜状，其厚度为5nm～300nm。
5.一种低功耗相变存储器，其特征在于，该低功耗相变存储器包括依次层叠的底电极、隔离层、相变存储材料薄膜层和顶电极，其中所述隔离层开有贯穿的通孔，所述相变存储材料薄膜层沉积在该通孔内，并与底电极和顶电极接触，所述相变存储材料薄膜层采用上述HfN-Ge-Sb
6.如权利要求5所述的低功耗相变存储器，其特征在于，所述底电极和顶电极的厚度为5nm～1μm，所述相变存储材料薄膜层的厚度为5nm～300nm，所述隔离层的厚度为5nm～300nm，所述隔离层的通孔直径为10nm～1μm。
7.如权利要求5或6所述的低功耗相变存储器，其特征在于，所述底电极和顶电极的材料为Al、Ag、Cu、Ti3W7、Pt、Au、W、Ti或TiN，所述隔离层的材料为SiO2、SiC或(ZnS)z(SiO2)100-z，其中，z为大于0小于100的整数。
8.如权利要求5～7任一项所述的低功耗相变存储器的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
9.如权利要求8所述的低功耗相变存储器的制备方法，其特征在于，步骤S3中，采用磁控溅射法、化学气相沉积法、原子层沉积法、电镀法或电子束蒸发法制备相变存储材料薄膜层。
10.如权利要求9所述的低功耗相变存储器的制备方法，其特征在于，步骤S3中，采用磁控溅射法时，采用HfN靶、Ge-Sb-Te系合金靶共溅射的方式制备相变存储材料薄膜层。
...【技术特征摘要】
1.一种hfn-ge-sb-te相变材料，其特征在于，该hfn-ge-sb-te相变材料的通式为(hfn)x(ge-sb-te)1-x，x为hfn的分子数占总分子数的百分比，其中hfn与晶态ge-sb-te系合金的晶格失配度大于20％，以抑制ge-sb-te相变材料的晶化程度。
2.如权利要求1所述的hfn-ge-sb-te相变材料，其特征在于，所述ge-sb-te系合金为ge2sb2te5、ge1sb2te4或ge1sb4te7。
3.如权利要求1所述的hfn-ge-sb-te相变材料，其特征在于，x的取值范围为0＜x＜30％。
4.如权利要求1～3任一项所述的hfn-ge-sb-te相变材料，其特征在于，所述hfn-ge-sb-te相变材料为薄膜状，其厚度为5nm～300nm。
5.一种低功耗相变存储器，其特征在于，该低功耗相变存储器包括依次层叠的底电极、隔离层、相变存储材料薄膜层和顶电极，其中所述隔离层开有贯穿的通孔，所述相变存储材料薄膜层沉积在该通孔内，并与底电极和顶电极接触，所述相变存储材料薄膜层采用上述hfn-ge-s...
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