[发明专利]用于相变存储器的相变材料

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造材料领域，特别是涉及用于制造电阻转换相变存储器的存储介质材料。

背景技术

存储器是目前半导体市场的重要组成部分，是信息技术的基石，无论在生活中还是在国民经济中发挥着重要的作用。目前，存储器的存储产品主要有：闪存，磁盘、动态存储器，静态存储器等。其他非易失性技术：铁电体RAM、磁性RAM、碳纳米管RAM、电阻式RAM、铜RAM(Copper Bridge)、全息存储、单电子存储、分子存储、聚合物存储、赛道存储(Racetrack Memory)、探测存储(Probe Memory)等作为下一代存储器的候选者也受到了广泛的研究。这些技术各有各的特色，但大都还处于理论研究或者初级试验阶段，距离大范围实用还非常遥远。而目前相变存储器已经走出实验室，走向了市场。继Numonyx宣布出货Omneo系列相变存储芯片后，三星也宣布推出了首款多芯片封装512Mbit相变存储颗粒产品。目前对相变存储器的期望是取代消费电子领域中的NOR型闪存。

相变存储器的基本原理是利用期间中存储材料在高电阻和低电阻之间的可逆转变来实现“1”和“0”的存储。通过利用电信号控制实现存储材料高电阻的连续变化可以实现多级存储，从而大幅提高存储器的信息存储能力。在相变存储器中，利用了相变材料在非晶和多晶之间的可逆转变来实现上述的电阻变化。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、Ag-In-Sb-Te等。特别是GST(Ge-Sb-Te)已经广泛应用于相变光盘和相变存储器。但也存在如下问题：1，结晶温度较低，芯片陈列中相邻单元串扰问题严重，面临着数据丢失的危险，制约了其应用领域；2，热稳定性不好，数据保持力得不到保证；3，相变速度有待进一步提高，有研究表明基于GST的相变存储器实现稳定RESET操作的电脉冲至少为500纳秒，无法满足动态随机存储器的速度要求。这需要探索具有更快相变速度的存储材料。

因而，如何提供一种具有更好的热稳定性，更快的相转变速度和更小的操作电流，且有益于提高基于该材料的相变存储器的循环操作寿命的相变材料，是当前技术领域需要解决的问题。

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相变存储器的相变材料，以使制备的相变存储单元具有更好的热稳定性，更快的相变速度和更小的操作电流，且有益于提高基于该材料的相变存储器的循环操作寿命。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种用于相变存储器的相变材料，所述相变材料是由Al，Te两种元素组成的相变材料。

具体地，所述相变材料的通式为Al₂Te_x，其中，1≤x≤30。且所述相变材料在电信号操作下可以实现高低阻值的反复转换，并在没有操作信号的情况下维持阻值不变。

本发明的Al₂Te_x材料通过物理气相沉积、化学气相沉积、电镀、溶胶凝胶、或金属有机物沉积手段制备。

如上所述，本发明用于相变存储器的相变材料采用了合适的Al，Te原子数比例，因而在此相变材料基础上制备的相变存储器具有以下优点：

1)低阻态电阻(10⁴欧姆)高于基于传统Ge-Sb-Te材料的相变存储器的低阻(10³欧姆)，降低了写操作所需的电流，以利于降低功耗；

2)纳秒级的擦操作时间，以利于提高相变存储器的操作速度；

3)在10⁷次循环或者更高的循环操作之后仍有明显的高低电阻阻值差异，保证器件的循环寿命长。

附图说明

图1显示为以本发明Al-Te为相变存储材料的相变存储单元结构示意图。

图2显示为以本发明Al-Te为相变存储材料的相变存储单元在5ns脉宽的电脉冲操作下实现擦和写操作的特点示意图。

图3显示为以本发明Al-Te为相变存储材料的相变存储单元在70ns短脉冲的操作下的特点示意图。

图4显示为以本发明Al-Te为相变存储材料的相变存储单元在进行了107次循环之后高低阻仍清晰可分的示意图。

元件标号说明

1        相变存储单元

11       上电极

12       过渡层

13        相变材料层

14        下电极

15        绝缘介质层

具体实施方式