CN107068858A - 用于选通驱动器件的相变材料、选通驱动器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于选通驱动器件的相变材料、选通驱动器件及其制备方法，用于选通驱动器件的相变材料的通式为：Y1‑xAsx，其中，Y为包括至少一种第六主族元素的相变材料，0＜x≤0.3。本发明的所述用于选通驱动器件的相变材料通过在相变材料中掺杂砷原子，可以在相变材料中形成导电通道，从而提高相变材料的相变临界电压及开启后的电流密度；当所述相变材料用于选通驱动器件时，利用相变材料的OTS开关特性实现开启和关闭，同时在选通驱动器件开启状态时，砷原子掺杂形成的导电通道可提供大的驱动电流，用于驱动相变存储单元的相变以实现信息的存储和擦除；使用所述相变材料的选通驱动器件可以实现三维集成，从而大大提高存储器的集成度和存储密度。
Description
技术领域
本发明属于微电子技术领域，特别是涉及一种用于选通驱动器件的相变材料、选通驱动器件及其制备方法。
背景技术
相变存储器技术是基于Ovshinsky在20世纪60年代末70年代初提出的相变薄膜可以应用于相变存储介质的构想建立起来的，是一种价格便宜、性能稳定的存储器件。相变存储器可以做在硅晶片衬底上，其关键材料是可记录的相变薄膜、加热电极材料、绝热材料和引出电极材料等。相变存储器的基本原理是利用电脉冲信号作用于器件单元上，使相变材料在非晶态与多晶态之间发生可逆相变，通过分辨非晶态时的高阻与多晶态时的低阻，可以实现信息的写入、擦除和读出操作。
相变存储器由于具有高速读取、高可擦写次数、非易失性、元件尺寸小、功耗低、抗强震动和抗辐射等优点，被国际半导体工业协会认为最有可能取代目前的闪存存储器而成为未来存储器主流产品和最先成为商用产品的器件。
存储器的研究一直朝着高速、高密度、低功耗、高可靠性的方向发展。目前世界上从事相变存储器研发工作的机构大多数是半导体行业的大公司，他们关注的焦点都集中在如何实现相变存储器的高密度，其中三维存储就是最有效、最有发展前途的途径之一。英特尔利用相变材料的OTS特性，制备出了可实现三维存储的相变材料选通驱动开关，并与相变材料有机集成，研制出两层存储芯片，容量达128Gb，是目前相变存储器最高容量，有望在SSD等领域获得应用。
相变材料的两个典型特性是开关特性(OTS)和存储特性(OMS)，如图1所示，在相变材料上施加电流，随着电流增加，电压快速增加，当电压升高到Vth(相变临界电压)时，如果撤销施加在相变材料上的电流，电压也逐渐减小并消失，此时相变材料并未发生相变，其阻值将恢复到初始态，这一阶段的相变材料特性就是OTS特性，也就是说施加电流或电压于相变材料后，将产生一定的电流，发生导通，实现开启功能，而撤销后电流或电压后，相变材料恢复到初始的高阻态，实现关闭功能。如果继续增加电流或电压，并超过Vth，那么相变材料上的电压将发生突然的减小，说明此时相变材料已发生相变，由非晶态转变为晶态，阻值大幅度降低，从而导致相变材料上的电压快速下降，之后的电流与电压基本呈现正比，此时的相变材料阻值不再发生较大变化，这一过程称之为相变材料的存储特性，即OMS特性，由于已经发生相变材料的结构变化，此时撤销电流，相变材料的阻值已无法恢复到初始高阻态，而是保持着低阻态，相变存储器也正是利用相变材料的这两个高阻态和低阻态实现信息的存储功能。上述过程也称为SET过程，对应电流为SET电流，即实现相变材料结晶的电流。如果施加于相变材料一个较大电流，使其熔化，然后快速撤掉电流，使相变材料快速冷却，重新回到高阻态，这一过程称为RESET过程，对应电流为RESET电流，即实现相变材料的非晶化的电流。相变材料电阻态的变化可通过施加一个较小电压进行读取，以判断存储状态，这一过程称为读取过程，对应电压为V读。
传统的相变材料在处于OTS阶段时，其电流非常小，一般为几到几十微安，这么低的电流作为选通驱动开关是无法满足存储单元相变材料的相变所需电流要求，因此，必须大幅度提高OTS阶段的电流密度，至少达到百微安量级；同时，如图2所示，作为OTS的相变材料，其相变临界电压Vth2也有要求，即必须远大于存储单元相变材料的Vth1(一般为1.0-1.5V左右)，只有这样，才会在OTS开启时，既满足OMS相变材料的非晶与晶态的可逆相变过程(O→A→B→C→O)要求，又不会使OTS相变材料发生相变，仍然保留在OTS阶段(O→D→O，不到达E和F)。因此，现有的相变材料存在相变临界电压Vth较低及开启后的电流密度非常小的问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于选通驱动器件的相变材料、选通驱动器件及其制备方法，用于解决现有技术中的相变材料存在的相变临界电压较低及开启后的电流密度非常小的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种用于选通驱动器件的相变材料，所述用于选通驱动器件的相变材料的通式为：Y1-xAsx，其中，Y为包括至少一种第六主族元素的相变材料，0＜x≤0.3。
作为本发明的用于选通驱动器件的相变材料的一种优选方案，0.1≤x≤0.2。
作为本发明的用于选通驱动器件的相变材料的一种优选方案，Y的通式为：A1- yByCz，其中，A选自至少一种第六主族元素，B选自至少一种第四主族元素，C为N或P，其中，0≤y≤0.5，0≤z≤1。
作为本发明的用于选通驱动器件的相变材料的一种优选方案，A选自Se和/或Te。
作为本发明的用于选通驱动器件的相变材料的一种优选方案，A选自Se和Te时，1:10≤Se:Te≤10:1。
作为本发明的用于选通驱动器件的相变材料的一种优选方案，B选自Si和/或Ge。
作为本发明的用于选通驱动器件的相变材料的一种优选方案，B选自Si和Ge时，1:10≤Si:Ge≤10:1。
作为本发明的用于选通驱动器件的相变材料的一种优选方案，Y中包括Ge、Te及Si，或包括Ge、Te、N及Si，或包括Si及Te，或包括Si、Te及N，或包括Ge、Se及Si，或包括Ge、Se、N及Si。
本发明还提供一种如上述任一方案中所述的用于选通驱动器件的相变材料的制备方法，采用离子注入法、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如上述任一方案中所述的用于选通驱动器件的相变材料。
本发明还提供一种选通驱动器件，所述选通驱动器件包括如上述任一方案中所述的相变材料。
如上所述，本发明的用于选通驱动器件的相变材料、选通驱动器件及其制备方法，具有以下有益效果：本发明的所述用于选通驱动器件的相变材料通过在相变材料中掺杂砷原子，可以在相变材料中形成导电通道，从而提高相变材料的相变临界电压及开启后的电流密度；当所述相变材料用于选通驱动器件时，利用相变材料的OTS开关特性实现开启和关闭，同时在选通驱动器件开启状态时，砷原子掺杂形成的导电通道可提供大的驱动电流，用于驱动相变存储单元的相变以实现信息的存储和擦除；使用所述相变材料的选通驱动器件可以实现三维集成，从而大大提高存储器的集成度和存储密度。
附图说明
图1显示为相变材料的开关特性(OTS)和存储特性(OMS)。
图2显示为用于OTS和OMS的相变材料的相变临界电压关系示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，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发明的其他优点与功效。本发明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，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
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发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。实施例一
本发明提供一种用于选通驱动器件的相变材料，所述用于选通驱动器件的相变材料的通式为：Y1-xAsx，其中，Y为包括至少一种第六主族元素的相变材料，0＜x≤0.3。
作为示例，x的取值可以根据实际需要选为0.05、0.1、0.15、0.2、0.25或0.3，优选地，本实施例中，0.1≤x≤0.2。
作为示例，Y的通式为：A1-yByCz，其中，A选自至少一种第六主族元素，B选自至少一种第四主族元素，C为N(氮)或P(磷)，其中，0≤y≤0.5，0≤z≤1。
作为示例，y的取值可以为0.1、0.2、0.3、0.4或0.5，z的取值可以为0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9或1。
在一示例中，A可以为Se(硒)或Te(碲)。
在另一示例中，A可以为Se和Te。Se和Te的原子比可以根据实际需要选为：1:10≤Se:Te≤10:1，优选地，1:9≤Se:Te≤9:1，优选地，1:8≤Se:Te≤8:1，优选地，1:7≤Se:Te≤7:1，优选地，1:6≤Se:Te≤6:1，优选地，1:5≤Se:Te≤5:1，优选地，1:4≤Se:Te≤4:1，优选地，1:3≤Se:Te≤3:1，优选地，1:2≤Se:Te≤2:1。
在一示例中，B可以为Si(硅)或Ge(锗)。
在另一示例中，B可以为Si和Ge。Si和Ge的原子比可以根据实际需要选为：1:10≤Si:Ge≤10:1，优选地，1:9≤Si:Ge≤9:1，优选地，1:8≤Si:Ge≤8:1，优选地，1:7≤Si:Ge≤7:1，优选地，1:6≤Si:Ge≤6:1，优选地，1:5≤Si:Ge≤5:1，优选地，1:4≤Si:Ge≤4:1，优选地，1:3≤Si:Ge≤3:1，优选地，1:2≤Si:Ge≤2:1。
作为示例，Y中可以包括Ge、Te及Si，也可以包括Ge、Te、N及Si，也可以包括Si及Te，也可以包括Si、Te及N，也可以包括Ge、Se及Si，还可以包括Ge、Se、N及Si。
本发明的所述用于选通驱动器件的相变材料通过在相变材料中掺杂砷原子，可以在相变材料中形成导电通道，从而提高相变材料的相变临界电压较及开启后的电流密度；当所述相变材料用于选通驱动器件时，利用相变材料的OTS开关特性实现开启和关闭，同时在选通驱动器件开启状态时，砷原子掺杂形成的导电通道可提供大的驱动电流，用于驱动相变存储单元的相变以实现信息的存储和擦除；使用所述相变材料的选通驱动器件可以实现三维集成，从而大大提高存储器的集成度和存储密度。
实施例二
本发明还提供一种用于选通驱动器件的相变材料的制备方法，所述制备方法适于制备实施例一中所述的用于选通驱动器件的相变材料，具体的，采用离子注入法、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中的至少一种方法制备如实施例一中所述的用于选通驱动器件的相变材料。
作为示例，以采用磁控溅射法制备所述用于选通驱动器件的相变材料为例，可以使用GeTe合金靶、Si靶及As靶共溅射以得到包括Ge、Te、Si及As的相变材料；可以使用GeTeSi合金靶、Si靶及As靶共溅射的同时通入N2(氮气)，以得到包括Ge、Te、N、Si及As的相变材料；可以使用Si靶、Te靶及As靶共溅射以得到包括Si、Te及As的相变材料；可以使用Si靶、Te靶及As靶共溅射的同时通入N2，以得到包括Si、Te、N及As的相变材料；可以使用GeSe合金靶、Si靶及As靶共溅射的以得到包括Ge、Te、Si及As的相变材料；还可以使用GeSe合金靶、Si靶及As靶共溅射的同时通入N2，以得到包括Ge、Te、N、Si及As的相变材料。
实施例三
本发明还提供一种选通驱动器件，所述选通驱动器件包括如实施例一中所述的相变材料。所述选通驱动器件利用如实施例一中所述的相变材料的OTS开关特性实现开启和关闭，同时在选通驱动器件开启状态时，砷原子掺杂形成的导电通道可提供大的驱动电流，用于驱动相变存储单元的相变以实现信息的存储和擦除；使用所述相变材料的选通驱动器件可以实现三维集成，从而大大提高存储器的集成度和存储密度。
综上所述，本发明提供一种用于选通驱动器件的相变材料、选通驱动器件及其制备方法，所述用于选通驱动器件的相变材料的通式为：Y1-xAsx，其中，Y为包括至少一种第六主族元素的相变材料，0＜x≤0.3。本发明的所述用于选通驱动器件的相变材料通过在相变材料中掺杂砷原子，可以在相变材料中形成导电通道，从而提高相变材料的相变临界电压及开启后的电流密度；当所述相变材料用于选通驱动器件时，利用相变材料的OTS开关特性实现开启和关闭，同时在选通驱动器件开启状态时，砷原子掺杂形成的导电通道可提供大的驱动电流，用于驱动相变存储单元的相变以实现信息的存储和擦除；使用所述相变材料的选通驱动器件可以实现三维集成，从而大大提高存储器的集成度和存储密度。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种用于选通驱动器件的相变材料，其特征在于，所述用于选通驱动器件的相变材料的通式为：Y1-xAsx，其中，Y为包括至少一种第六主族元素的相变材料，0＜x≤0.3。
2.根据权利要求1所述的用于选通驱动器件的相变材料，其特征在于：0.1≤x≤0.2。
3.根据权利要求1所述的用于选通驱动器件的相变材料，其特征在于：Y的通式为：A1- yByCz，其中，A选自至少一种第六主族元素，B选自至少一种第四主族元素，C为N或P，其中，0≤y≤0.5，0≤z≤1。
4.根据权利要求3所述的用于选通驱动器件的相变材料，其特征在于：A选自Se和/或Te。
5.根据权利要求4所述的用于选通驱动器件的相变材料，其特征在于：A选自Se和Te时，1:10≤Se:Te≤10:1。
6.根据权利要求3所述的用于选通驱动器件的相变材料，其特征在于：B选自Si和/或Ge。
7.根据权利要求6所述的用于选通驱动器件的相变材料，其特征在于：B选自Si和Ge时，1:10≤Si:Ge≤10:1。
8.根据权利要求3所述的用于选通驱动器件的相变材料，其特征在于：Y中包括Ge、Te及Si，或包括Ge、Te、N及Si，或包括Si及Te，或包括Si、Te及N，或包括Ge、Se及Si，或包括Ge、Se、N及Si。
9.一种如权利要求1至8中任一项用于选通驱动器件的相变材料的制备方法，其特征在于，采用离子注入法、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如权利要求1至8中任一项所述的用于选通驱动器件的相变材料。
10.一种选通驱动器件，其特征在于，所述选通驱动器件包括如权利要求1至8中任一项所述的相变材料。
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