[发明专利]一种光电混合存储的相变存储器结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于微纳电子技术领域。本发明具体涉及一种光电混合存储的相变存储器结构及其制备方法。

背景技术

相变存储器技术是基于Ovshinsky在20世纪60年代末(Phys.Rev.Lett.,21,1450～1453,1968)70年代初(Appl.Phys.Lett.,18,254～257,1971)提出的相变薄膜可以应用于相变存储介质的构想建立起来的，是一种价格便宜、性能稳定的存储器件。相变存储器可以做在硅晶片衬底上，其关键材料是可记录的相变薄膜、加热电极材料、绝热材料和引出电极材料等。相变存储器的基本原理是利用电脉冲信号作用于器件单元上，使相变材料在非晶态与多晶态之间发生可逆相变，通过分辨非晶态时的高阻与多晶态时的低阻，可以实现信息的写入、擦除和读出操作。

相变存储器的关键材料是硫系化合物合金材料，它的特点是当给它一个电脉冲或采用激光加热的方法时可以使材料在非晶态与多晶态之间发生可逆相变。伴随着材料结构的可逆相变，材料的光学和电学等性能发生可逆相变，处于非晶态时呈现高阻(低反射率)，多晶态时呈现低阻(高反射率)，电阻变化幅度可达几个数量级，这样就可以作为一个非挥发性存储器。硫系化合物光学性能的可逆变化特性已成功用于CD-RW(Compact Disk Rewritable)、DVD±RW(Digital Versatile Disk Rewritable)、DVD-RAM(Digital Versatile Disk Random Access Memory)和HD-DVD(High-Density Digital Versatile Disk)等系列可擦重写相变光盘。而利用其电阻性能的相变存储器技术也已进入市场。

存储器的研究一直朝着高速的方向发展。但是相变存储器的擦除过程涉及相变材料的结晶，所需时间往往在几百甚至几千纳秒，是制约相变存储器速度的瓶颈所在。利用激光诱导相变材料发生结晶可以在皮秒甚至飞秒量级时间内完成，但是结晶前后相变材料的光学性能差异太小，信息存储的载噪比很低；而利用脉冲电信号诱导相变材料发生结晶，结晶前后相变材料的电学性能差异非常大，可获得很高的信息存储载噪比，但是发生结晶的时间太长，无法满足高速存储要求。如果利用激光诱导相变材料相变实现信息的写入和擦除，而利用测量相变材料的电阻变化可实现信息的准确无误读出，这就是所谓的光写入、电读出的光电混合存储相变存储器技术，借此可充分发挥传统意义的光存储和相变存储器的各自优势，实现高速存储的目的。但如何实现光电混合存储的器件结构设计是一大难题，为此，本发明提出一种光电混合存储的相变存储器结构解决上述技术问题。

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光电混合存储的相变存储器结构及其制备方法，用于解决现有技术中信息存储速度慢或载噪比低的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种光电混合存储的相变存储器结构，该相变存储结构包括上表面制备有若干字线的衬底；位于所述字线上表面的若干导电通孔下电极；所述导电通孔下电极上表面设有选择开关器件；所述选择开关器件上设有与其接触的导电互连通孔电极；所述导电通互连孔电极上设有与其接触的半导体激光器；所述半导体激光器上方设有与其接触的导电透明电极；所述导电透明电极上方设有与其接触的相变材料层；所述相变材料层上表面设有导电反射层；所述导电反射层上表面设有若干导电通孔上电极；所述导电通孔上电极上表面设有若干位线。

优选地，所述字线为导电连线，其材料选自多晶硅、铝、铜、钨、钛、氮化钛、氮化铝钛或氮化钽。

优选地，所述导电通孔下电极的材料选自多晶硅、铝、铜、钨、钛、氮化钛、氮化铝钛或氮化钽。

优选地，所述选择开关器件为用于寻址、单向导电开关和提供驱动电流的单向导电开关。

优选地，所述导电互连通孔电极的材料选自多晶硅、铝、铜、钨、钛、氮化钛、氮化铝钛或氮化钽。

优选地，所述导电反射层用于反射半导体激光器产生的激光和导通选择开关器件产生的电流，其材料选自铝、银、金、铜、钨或钛。

优选地，所述导电通孔上电极材料选自多晶硅、铝、铜、钨、钛、氮化钛、氮化铝钛或氮化钽。

优选地，所述位线为导电连线，材料选自多晶硅、铝、铜、钨、钛、氮化钛、氮化铝钛或氮化钽。

本发明还包括一种光电混合存储的相变存储器结构制备方法，该方法包括以下步骤：

a)提供一衬底，在该衬底内制备嵌于其中的若干字线；

b)在所述字线层上制备若干导电通孔下电极；