【技术实现步骤摘要】
本申请实施例涉及相变存储器，特别是涉及一种存储单元及其制备方法和相变存储器。
技术介绍
1、柔性存储器对可穿戴柔性设备的发展具有重要意义。借鉴硅基存储器发展的经验，目前已经有研究将相变材料用于柔性存储器，具有结构简单、操作速度快、成本低、工艺兼容性好等优点。基于相变材料的柔性存储器，同基于相变材料的硅基刚性存储器一样，都是通过施加电应力，诱发相变材料发生非晶态-晶态的可逆转变，从而获得期望的低阻态或高阻态，以高阻态为逻辑1，以低阻态为逻辑0，进行二进制存储。但是，相变材料的这种可逆转变，操作功耗较高。通常情况下，随着操作单元尺寸的减小，操作功耗可以大大降低，然而目前柔性存储器想要减小相变单元的尺寸，需要付出相当大的工艺代价，实现难度和成本都将很高。因此，亟需拓展其他方式来实现降低功耗的目的。
技术实现思路
1、鉴于此，本申请实施例提供一种存储单元和相变存储器，该存储单元可降低柔性相变存储器的编程功耗，且工艺实现难度较低。
2、具体地，本申请实施例第一方面提供一种存储单元，包括：
3、第一电极层；
4、第二绝缘层，设于所述第一电极层上，具有贯穿所述第二绝缘层的通孔；
5、存储中心层，设于所述第二绝缘层的通孔中，所述存储中心层包括依次层叠的复合相变层、中间电极层和开关层；所述复合相变层包括介质材料和分散在所述介质材料中的纳米相变材料颗粒；
6、第二电极层，设于所述存储中心层上，所述存储中心层与所述第一电极层和所述第二电极层接触
7、本申请实施例提供的存储单元，通过采用介质材料和纳米相变材料颗粒复合形成复合相变层，可以利用介质材料将复合相变层中的纳米相变材料颗粒限制在纳米尺寸的空间内，形成“自身限制型结构”，从而降低相变材料的编程区域尺寸，降低功耗，且该结构对工艺能力的要求低；具体地，相比于通过缩小电极尺寸、通过周围结构(绝缘层等)限制相变薄膜的尺寸等传统结构设计方法而言，本申请的具有“自身限制型结构“的复合相变层，只需要考虑复合相变层自身的制备工艺即可，对薄膜的厚度、面积等都没有严格限制，其高速低功耗的实现，对存储单元的电极尺寸、周围其他结构尺寸等的依赖较小。本申请实施例的存储单元通过合理的选材和简易的薄膜沉积工艺，就可以达到较好的相变薄膜尺寸的限制效果；另外，本申请实施例的存储单元将开关薄膜层与复合相变层集成在同一通孔中，结构紧凑，抗弯折应力能力强，便于形成3d结构。
8、本申请实施方式中，所述纳米相变材料颗粒的直径小于或等于50nm。采用直径小于或等于50nm的纳米相变材料颗粒与介质材料复合形成复合相变层薄膜，则在复合相变层薄膜内部相变材料(即纳米相变材料颗粒)被介质材料限制在直径小于或等于50nm的空间内，从而可以通过减小相变区域来实现功耗的降低。
9、本申请实施方式中，所述介质材料的电阻率大于所述纳米相变材料颗粒的结晶态的电阻率，所述介质材料的热稳定性高于所述纳米相变材料颗粒的非晶态的热稳定性。这样有利于实现逻辑编程，同时降低功耗。
10、本申请实施方式中，所述介质材料包括硅氧化物、硅氮化物、铝氧化物、铝氮化物、高分子绝缘材料中的一种或多种。这些介质材料具有较好地限制作用，且电阻率高，热稳定性好，能够提升存储器的操作性能。
11、本申请实施方式中，所述纳米相变材料颗粒包括ge单质、sb单质、te单质、se单质、或含有ge、sb、te、se中的一种或多种元素的合金。上述材料能够在合适的电脉冲操作下，在晶态的低阻态和非晶态的高阻态之间发生可逆相变，使相变前后复合相变层的整体阻值发生较大变化，可以用不同的阻值来代表不同的逻辑状态，实现逻辑编程。
12、本申请实施方式中，所述复合相变层包括sb单质和硅氧化物，且sb与si的原子数比为：60/40≤sb/si≤90/10，o的原子数占比为15％-30％。该实施方式中，相变材料为sb单质，周围环绕非晶高电阻的硅氧化物。sb为单质，不存在多元相变材料可能分相的可靠性风险；周围的高电阻的硅氧化物将sb单质包裹，限制sb晶粒在较小区域，提高了非晶sb的结晶温度，同时因复合相变层的相变区域小，可以降低相变功耗。
13、本申请实施方式中，所述复合相变层包括sb单质和铝氧化物，且sb与al的原子数比为：60/30≤sb/al≤85/15，o的原子数占比为10％-30％。该实施方式中，相变材料为sb单质，周围环绕非晶高电阻的铝氧化物。sb为单质，不存在多元相变材料可能分相的可靠性风险；周围的高电阻的铝氧化物将sb单质包裹，限制sb晶粒在较小区域，提高了非晶sb的结晶温度，同时因复合相变层的相变区域小，可以降低相变功耗。
14、本申请实施方式中，所述复合相变层的厚度小于或等于300nm。复合相变层的厚度可以根据其发生相变时对应的操作电压或者操作电流的大小来确定。
15、本申请实施方式中，还包括位于所述第一电极层远离所述存储中心层一侧的衬底，以及位于所述衬底与所述第一电极层之间的第一绝缘层。
16、本申请实施方式中，所述衬底包括聚酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对萘二甲酸乙二醇酯、碳材、金属箔、合金箔中的任意一种。上述衬底具有柔性，可以实现柔性相变存储器的制备，保证相变存储器的柔性可弯折性能。
17、本申请实施方式中，所述存储单元还包括围设于所述存储中心层周围的导热骨架，所述导热骨架的一端位于所述第二绝缘层中，所述导热骨架的另一端位于所述第一绝缘层中，所述导热骨架与所述第一电极层、第二电极层和衬底均接触连接。存储中心层被围设在周围的导热骨架包围，且导热骨架与第一电极层、第二电极层和衬底均接触连接，这样既可以避免复合相变层中的相变材料被周围热源影响，抑制热串扰，延长保持力，减少刷新次数，从而降低使用功耗；又能够利用导热骨架、第一电极层、第二电极层和衬底形成的导热通路将存储单元内部产生的热量及时被导到外部；而且导热骨架的硬度较大，强度较高，相当于微骨骼，在外部弯折应力下，可以保护其内部的存储中心不被破坏。为了更好地实现导热，该实施方式中，衬底优选具有良好导热性能的材料，具体例如可以是碳材、金属箔、合金箔中的一种或多种。
18、本申请实施方式中，所述导热骨架包括金刚石薄膜、aln薄膜、sic薄膜、si3n4薄膜、beo薄膜中的一种或多种。这些材料导热性优异，且机械强度较高，不仅可以实现导热，还能够较好地保护存储中心层。
19、本申请实施方式中，所述导热骨架的所述一端具有第一端面，所述第一端面与所述第二绝缘层远离所述第一电极层一侧的表面齐平，或低于所述第二绝缘层远离所述第一电极层一侧的表面。将导热骨架的第一端面设置成低于第二绝缘层远离第一电极层一侧的表面，可以使得导热骨架围设的区域内的薄膜沉积制备更均匀。将导热骨架的第一端面设置成与第二绝缘层远离第一电极一侧的表面齐平，可以使导热骨架具有更好的抑制热串扰和保护存储中心的效果，还能简化存储单元的制备工艺本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种存储单元，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的存储单元，其特征在于，所述纳米相变材料颗粒的直径小于或等于50nm。
3.如权利要求1或2所述的存储单元，其特征在于，所述介质材料的电阻率大于所述纳米相变材料颗粒的结晶态的电阻率，所述介质材料的热稳定性高于所述纳米相变材料颗粒的非晶态的热稳定性。
4.如权利要求1-3任一项所述的存储单元，其特征在于，所述介质材料包括硅氧化物、硅氮化物、铝氧化物、铝氮化物、高分子绝缘材料中的一种或多种。
5.如权利要求1-4任一项所述的存储单元，其特征在于，所述纳米相变材料颗粒包括Ge单质、Sb单质、Te单质、Se单质、或含有Ge、Sb、Te、Se中的一种或多种元素的合金。
6.如权利要求1-5任一项所述的存储单元，其特征在于，所述复合相变层包括Sb单质和硅氧化物，且Sb与Si的原子数比为：60/40≤Sb/Si≤90/10，O的原子数占比为15％-30％。
7.如权利要求1-5任一项所述的存储单元，其特征在于，所述复合相变层包括Sb单质和铝氧化物，且Sb与Al的原子
8.如权利要求1-7任一项所述的存储单元，其特征在于，所述复合相变层的厚度小于或等于300nm。
9.如权利要求1-8任一项所述的存储单元，其特征在于，还包括位于所述第一电极层远离所述存储中心层一侧的衬底，以及位于所述衬底与所述第一电极层之间的第一绝缘层。
10.如权利要求9所述的存储单元，其特征在于，所述衬底包括聚酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对萘二甲酸乙二醇酯、碳材、金属箔、合金箔中的任意一种。
11.如权利要求9所述的存储单元，其特征在于，所述存储单元还包括围设于所述存储中心层周围的导热骨架，所述导热骨架的一端位于所述第二绝缘层中，所述导热骨架的另一端位于所述第一绝缘层中，所述导热骨架与所述第一电极层、第二电极层和衬底均接触连接。
12.如权利要求11所述的存储单元，其特征在于，所述导热骨架包括金刚石薄膜、AlN薄膜、SiC薄膜、Si3N4薄膜、BeO薄膜中的一种或多种。
13.如权利要求11或12所述的存储单元，其特征在于，所述导热骨架的所述一端具有第一端面，所述第一端面与所述第二绝缘层远离所述第一电极层一侧的表面齐平，或低于所述第二绝缘层远离所述第一电极层一侧的表面。
14.如权利要求11-13任一项所述的存储单元，其特征在于，所述导热骨架为具有缺口的环状结构。
15.如权利要求1-14任一项所述的存储单元，其特征在于，所述开关层包括二极管、隧穿非线性选择器、阈值开关选择器、离子-电子混合导体选择器、金属绝缘体转变选择器中的任意一种。
16.如权利要求1-15任一项所述的存储单元，其特征在于，所述第一电极层、所述第二电极层、所述中间电极层分别包括导电金属层。
17.一种存储单元的制备方法，其特征在于，包括：
18.如权利要求17所述的制备方法，其特征在于，在制备所述第一绝缘层之前，先在所述衬底上制备导热骨架。
19.一种相变存储器，其特征在于，所述相变存储器包括权利要求1-16任一项所述的存储单元。
20.一种电子设备，其特征在于，包括一个或多个如权利要求19所述的相变存储器，以及与所述相变存储器电连接的处理器，所述处理器用于存储数据至所述相变存储器，或从所述相变存储器读取数据。
...【技术特征摘要】
1.一种存储单元，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的存储单元，其特征在于，所述纳米相变材料颗粒的直径小于或等于50nm。
3.如权利要求1或2所述的存储单元，其特征在于，所述介质材料的电阻率大于所述纳米相变材料颗粒的结晶态的电阻率，所述介质材料的热稳定性高于所述纳米相变材料颗粒的非晶态的热稳定性。
4.如权利要求1-3任一项所述的存储单元，其特征在于，所述介质材料包括硅氧化物、硅氮化物、铝氧化物、铝氮化物、高分子绝缘材料中的一种或多种。
5.如权利要求1-4任一项所述的存储单元，其特征在于，所述纳米相变材料颗粒包括ge单质、sb单质、te单质、se单质、或含有ge、sb、te、se中的一种或多种元素的合金。
6.如权利要求1-5任一项所述的存储单元，其特征在于，所述复合相变层包括sb单质和硅氧化物，且sb与si的原子数比为：60/40≤sb/si≤90/10，o的原子数占比为15％-30％。
7.如权利要求1-5任一项所述的存储单元，其特征在于，所述复合相变层包括sb单质和铝氧化物，且sb与al的原子数比为：60/30≤sb/al≤85/15，o的原子数占比为10％-30％。
8.如权利要求1-7任一项所述的存储单元，其特征在于，所述复合相变层的厚度小于或等于300nm。
9.如权利要求1-8任一项所述的存储单元，其特征在于，还包括位于所述第一电极层远离所述存储中心层一侧的衬底，以及位于所述衬底与所述第一电极层之间的第一绝缘层。
10.如权利要求9所述的存储单元，其特征在于，所述衬底包括聚酰亚胺、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对萘二甲酸乙二醇酯、碳材、金属箔、合金箔中的任意一种。...
【专利技术属性】
技术研发人员：王青，陈一峰，李明，汪洋，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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