[发明专利]一种用于相变存储器的钨掺杂改性的相变材料及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种微电子技术领域的相变材料，尤其涉及一种由钨掺杂的材料组成的混合物相变材料。

背景技术

相变存储技术是近几年才兴起的一种新概念存储技术，它利用相变材料作为存储介质来实现数据存储，具有广阔的应用前景，是目前存储器研究的一个热点，被认为是最有希望成为下一代主流存储器。作为相变存储器(PCRAM)的核心部分，相变材料的研发在PCRAM的研发中起到了至关重要的作用。相变材料性能的提升是提升整个PCRAM器件性能的关键技术。

相变材料中，三元系Ge-Sb-Te材料中的Ge₂Sb₂Te₅、二元系Ge-Te材料中的GeTe和Sb-Te材料中的Sb₂Te₁、Sb₃Te₁和Sb₂Te₃是典型的相变材料。但在应用当中发现，Ge₂Sb₂Te₅材料在相变时有较大的密度变化，结晶速度不佳，一般为几百纳秒(ns)，另外其结晶温度较低，为160℃左右，十年保持温度为80℃左右，严重阻碍了此材料在相变存储领域的广泛应用。GeTe结晶温度高于Ge₂Sb₂Te₅，相变前后高低电阻差距大，电流操作时速度可以达到几个ns，但其数据保持力仍然不能满足工业界和军事航天领域的要求，另外，其结晶前后密度变化较大，器件操作时面临失效的危险。Sb₂Te₁、Sb₃Te₁和Sb₂Te₃为生长型相变材料，其相变速度较快，但也存在结晶温度和十年保持温度较低的不足。

可见，Ge-Sb-Te、Ge-Te和Sb-Te系的性能并不能完全满足应用的需要，特别是针对某些特定环境要求的应用。研究开发新的相变材料使器件同时具有操作速度快、高可靠性、高密度、热稳定性强、低成本等多种优点或者在单方面应用上具有突出性能，成为目前急需解决的问题。

当前PCRAM的关键问题之一就是提高热稳定性和数据保持力。掺杂其他元素进行材料改性不失为解决这一问题的一种方法。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中的缺点或不足，提供一种热稳定性好、数据保持力好、与COMS工艺兼容的相变材料。

为了实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一种用于相变存储器的钨掺杂改性的相变材料，其化学组成符合化学通式W_xA_1-x，其中A选自Ge₂Sb₂Te₅、Sb_yTe_1-y和G_ezTe_1-z中的一种，x、y、z为原子百分比，且0＜x＜0.65，0.35＜y＜0.8，0.25＜z＜0.95。

优选的，所述钨掺杂改性的相变材料中，0.01≤x≤0.2。

优选的，所述钨掺杂改性的相变材料中，0.4≤y≤0.7。

优选的，所述钨掺杂改性的相变材料中，0.45≤z≤0.6。

上述的A代表未经钨掺杂的相变材料，如Ge₂Sb₂Te₅、Sb_yTe_1-y和Ge_zTe_1-z。

较佳的，所述钨掺杂改性的相变材料W_xA_1-x为相变薄膜材料，但其形态不局限于薄膜等纳米材料。

较佳的，所述钨掺杂改性的相变材料为在外部电驱动脉冲作用下具有可逆相变的材料。

较佳的，所述钨掺杂改性的相变材料利用W与Te所形成的化学键来提高其非晶态的热稳定性以及提高其晶态的电阻值。

较佳的，所述钨掺杂改性的相变材料通过控制W元素的含量，同时改变Ge-Sb-Te中各元素的比例、Ge-Te中各元素的比例或者Sb-Te的中各元素的比例可以得到不同结晶温度、不同结晶激活能和不同熔点的相变存储材料。