[发明专利]一种N掺杂Ge-Se-As OTS材料、OTS选通器单元及其制备方法

说明书

本发明涉及一种N掺杂Ge‑Se‑As OTS材料、OTS选通器单元及其制备方法，所述N掺杂Ge‑Se‑As OTS材料的化学通式为GeSeAs_0.2N_x，其中0<x<1.0。OTS选通器单元的OST层包含所述的N掺杂Ge‑Se‑As OTS材料。该OTS材料，在外部电场的作用下，能够实现高电阻态到低电阻态的瞬时转变；撤去外部电场时，能够立即由低电阻态向高电阻态转变。其作为OTS的介质时，OTS单元不仅具有阈值电压低、开关比大等优点，而且器件的热稳定性及可靠性都得到了提高。

技术领域

本发明属于微电子技术领域，特别涉及一种N掺杂Ge-Se-As OTS材料、OTS选通器单元及其制备方法。

背景技术

随着大数据时代的到来，存储器的市场需求正变得越来越大。随着尺寸的微缩，相变存储器和阻变存储器等新型非易失性存储器都朝着高密度和三维器件结构的方向发展。传统的选通器件如晶体管和二极管在器件尺寸和驱动能力上都无法满足未来新型存储器的发展。因此，需要研发开关性能好、驱动电流大的选通器件来对存储单元进行选通。目前，利用硫系化合物薄膜材料作为介质的OTS选通器被认为是最具有应用价值的选通器。与晶体管和二极管选通器相比，OTS选通器具有开启电流大、漏电流小、开关比大和微缩性好等优点。其关键材料包括具有阈值转变特性的硫系化合物薄膜、加热电极材料、绝缘材料和引出电极材料等。OTS选通器的基本原理是：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，使材料由高阻态向低阻态转变，此时器件处于开启状态；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，并发现了一系列具有阈值转变特性的硫系化合物。OTS材料是其中一类能满足选通器要求的非晶硫系化合物材料。截至目前，用于OTS选通器的典型材料为硫系化合物Ge-Se薄膜，其中以GeSe应用最广，即Ge、Se两种元素成分的原子比为1:1。

OTS选通器的研究主要朝着高开启电流、低漏电流、高开关比和低阈值电压的方向发展。对于二元Ge-Se材料，选通器开启所需阈值电压较高，从而导致其他器件性能如疲劳次数和可靠性也受到影响。此外，选通器的热稳定性也是影响其性能的关键因素。鉴于此，如何对Ge-Se材料进行掺杂改性以提高选通器的热稳定性、开关比和降低漏电流和阈值转变电压来满足现实要求，成为本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种N掺杂Ge-Se-As OTS材料、OTS选通器单元及其制备方法，克服现有技术中所需阈值电压较高，从而导致其他器件性能如疲劳次数和可靠性也受到影响、热稳定性差、开关比小的缺陷，该N掺杂Ge-Se-As OTS材料作为OTS的介质时，OTS单元不仅具有阈值电压低、开关比大等优点，而且器件的热稳定性在引入N元素后得到了极大的提高。

本发明的一种N掺杂Ge-Se-As OTS材料，所述材料的化学通式为GeSeAs_0.2N_x，其中x指N元素的原子比，且满足0&lt;x&lt;1.0。

优选所述0.1&lt;x&lt;0.5。

本发明的一种N掺杂Ge-Se-As OTS材料的制备方法，采用溅射法、离子注入法、蒸发法、化学气相沉积法(CVD)、等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)、低压化学气相沉积法(LPCVD)、金属化合物气相沉积法(MOCVD)、分子束外延法(MBE)、原子气相沉积法(AVD)或原子层沉积法(ALD)制备而成。

上述制备方法的优选方式如下：

所述N掺杂Ge-Se-AsOTS材料中的As元素通过As离子注入法制备，也可以利用As靶与GeSe靶两靶共溅射或共蒸发等方法制备，还可以利用As靶、Ge靶和Se靶三靶共溅射或共蒸发等方法制备。