[发明专利]一种Ge-Te-Al-As阈值开关材料、阈值开关器件单元及其制备方法

说明书

本发明提供一种Ge‑Te‑Al‑As阈值开关材料、阈值开关器件单元及其制备方法，所述Ge‑Te‑Al‑As材料的化学通式为(Ge_xTe_100‑x)_100‑z(Al_100‑yAs_y)_z，其中10≤x≤30，50≤y≤90，0≤z≤30。本发明提供的基于Ge‑Te‑Al‑As阈值开关材料的阈值开关器件单元，在外部能量的作用下，能够实现高电阻态到低电阻态的瞬时转变；撤去外部能量时，能够立即由低电阻态向高电阻态转变。并且，本发明的阈值开关器件单元具有阈值电压低、开关比大、开启速度快等优点，而且器件的寿命及可靠性都得到了提高。

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，特别是涉及一种Ge-Te-Al-As阈值开关材料、阈值开关器件单元及其制备方法。

背景技术

存储器作为一种半导体器件在半导体市场中一直占据着重要的地位。作为下一代新型的非易失性存储器，例如相变存储器和阻变存储器，都需要有一种开关性能很好的选通器件来对存储单元进行选通操作。近年来，利用硫系化合物薄膜材料作为介质的阈值转换开关(OTS)被认为是最具有应用价值的选通器。OTS器件中的关键材料包括具有阈值转变特性的硫系化合物薄膜、电极材料、过渡层材料、绝缘材料和引出电极材料等。OTS选通器的基本原理如下：利用电学信号来控制选通器件的开关，当施加电学信号于选通器件单元并超过阈值电压时，材料由高阻态向低阻态转变，此时器件出于开启状态；当撤去电学信号时，材料又由低阻态转变成高阻态，器件处于关闭状态。S.R.Ovshinsky在20世纪60年代末首次发现了具有阈值转变特性的材料，由此引发了科学家对于阈值转变现象的研究，以此为基础，发现了一系列具有阈值转变特性的硫系化合物。OTS材料是其中一些满足选通器要求的硫系化合物材料，典型的OTS材料为与Ge-Te合金材料。

作为选通器件来说，性能要求是具有高开关比、高驱动电流、高速度、低阈值电压、低漏电流、高寿命和高可靠性。然而，对于Ge-Te材料，其阈值电压较高，开关速度较慢，在实际应用方面存在问题。鉴于此，如何开发新材料降低阈值电压，提高开启速度、开关比、寿命和可靠性，以满足现实要求，成为本领域技术人员亟待解决的问题。

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Ge-Te-Al-As阈值开关材料、阈值开关器件单元及其制备方法，用于解决现有技术中OTS选通器的开关速度、开关比、阈值电压、寿命以及可靠性均有待进一步提高的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种Ge-Te-Al-As阈值开关材料，所述Ge-Te-Al-As阈值开关材料的化学通式为(Ge_xTe_100-x)_100-z(Al_100-yAs_y)_z，其中x、y、z均指元素的原子百分比，且满足10≤x≤30，50≤y≤90，0≤z≤30。

此外，本发明还提供一种阈值开关器件单元，所述阈值开关器件单元自下而上依次包括下电极层、设置于所述电极层上的第一过渡层、设置于所述第一过渡层上的阈值开关材料层、设置于所述阈值开关材料层上的第二过渡层、设置于所述第二过渡层上的上电极层以及设置于所述上电极层上的引出电极，其中，所述阈值开关材料层包括如权利要求1所述的Ge-Te-Al-As阈值开关材料。

作为本发明阈值开关器件单元的一种优化的方案，所述下电极层的材料包括W、Pt、Au、TiN、Ti、Al、Ag、Cu或者Ni中的一种或两种以上所组成的材料。

作为本发明阈值开关器件单元的一种优化的方案，所述第一过渡层包括C、SiC、Ti、TiN中的一种。

作为本发明阈值开关器件单元的一种优化的方案，所述第二过渡层包括C、SiC、Ti、TiN中的一种。