[实用新型]一种基于Ge2Se2Te5的忆阻器

说明书

技术领域

本实用新型属于微电子材料与半导体器件领域，具体涉及一种基于硫系化合物Ge₂Se₂Te₅（GST）的忆阻器。

背景技术

1971年加州大学伯克利分校的蔡少堂教授理论推导出忆阻器的存在。忆阻器是一种除电阻、电容、电感以外的新型的二端无源电子元器件，它的电阻随流过的电荷量而变化。忆阻器在集成度、功耗、速度、可靠性等方面的潜在优势，能满足新型电子存储材料和器件的大容量、低功耗发展趋势，能够替代闪存（flash）、动态随机存取存储器（DRAM）、静态随机存取存储器（SRAM），成为下一代高速非易失性存储器。忆阻器的电荷记忆特性与生物神经元突触的学习功能极为相似，是实现认知存储、人工智能的理想电子器件。

2008年惠普公司的科研研究人员首次展示了具有Pt/TiO₂/Pt器件结构的忆阻器器件，该器件单元由两铂金电极及夹在电极间的TiO₂薄膜构成。其中，功能材料作为最关键的材料，而被广泛研究，主要集中在对过渡金属氧化物、固态电解质和有机物的研究，但这些材料都不是理想的忆阻器材料，无法被广泛应用。

研究开发新的忆阻器功能材料，使器件同时具有功耗低、操作速度快、高可靠性、高密度、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。

实用新型内容

本实用新型的目的涉及GST材料在忆阻器中的应用，进而提供了一种制造功耗低、操作速度快、高可靠性的基于GST的忆阻器。

一种基于Ge₂Se₂Te₅的忆阻器，从上往下依次包括上导电电极、中间功能层和下导电电极，中间功能层采用Ge₂Se₂Te₅材料。

进一步地，还包括位于下导电电极下部的电极引导层。

进一步地，所述中间功能层的厚度为10~50nm。

进一步地，所述上电极的材料为Ag、Ti、Cu、Ta、Pt、Au、Ti₃W₇中的任意一种，下电极的材料为Ag、Ti、Cu、Ta、Pt、Au、Ti₃W₇中的任意一种。

进一步地，所述下电极引导层的材料为Pt、Ta、Cu的任意一种。

进一步地，所述上导电电极材料为Cu，所述下导电电极材料为Ag，具有较佳的忆阻特性。

本实用新型的技术效果体现在：本实用新型首次提出了基于硫系化合物GST的忆阻器原型器件，该忆阻器能够在循环的正负电压下进行稳定、快速的高低阻切换，使该器件可能应用于未来高密度低功耗的非易失性存储器；且该器件制备工艺简单，GST作为功能材料性能稳定、成本低，可以满足未来大规模量产的需求。

附图说明

图1为基于GST的忆阻器纵向截面轴对称结构示意图。

图2为本实用新型实施例具有忆阻特性的Cu/Ag/GST/Ag结构的半导体器件在电压激励下的电流电压特性曲线。其中，横轴表示电压，纵轴表示电流。

图3为本实用新型实施例具有忆阻特性的Cu/Ag/GST/Cu结构的半导体器件在电压激励下的电流电压特性曲线。其中，横轴表示电压，纵轴表示电流。

具体实施方式

相变存储器典型功能材料硫系化合物Ge₂Se₂Te₅（GST）在非晶态时，内部存在大量缺陷态，这些态是由结构上不同性质的缺陷所产生的，例如悬挂键和空位，它们与施主和受主型陷阱的形成密切相关。非晶态半导体的导电特性由这些迁移率隙中的缺陷态所决定。

本实用新型利用非晶态硫系化合物Ge₂Se₂Te₅（GST）具有的大量的缺陷态和独特的电学特性，以及无序的空间网络结构，创新的提出将其应用为忆阻器材料。实验证明，硫系化合物材料GST的忆阻特性不依赖于通常的相变开关，而是在较低的操作电压下实现电阻的非线性变化。刚刚沉积的硫系化合物材料GST一般是非晶态，当操作电压较低时，产生的热量只能使材料温度略微升高，但低于结晶温度，不引起材料相变，使材料保持在非晶态。基于硫系化合物GST的忆阻器，淀积硫系化合物GST作为功能材料，避免较高的操作电压，材料没有晶态和非晶态之间的转换，保持了其操作速度快、良好非易失性、抗疲劳性强、成本低的优点。