[发明专利]一种金属掺杂的Ge-Sb-Te基多值存储相变材料及相变存储器

说明书

本发明提供了一种金属掺杂的Ge‑Sb‑Te基多值存储相变材料，通式为：M_x(Ge_aSb_bTe_c)_1‑x,其中M为掺杂金属元素，所述M为Cu、Ag和Zn中的至少一种，x代表M的原子个数百分比，0<x<20％，所述M均匀散布在Ge_aSb_bTe_c中。该相变材料在外加脉冲电压或脉冲电流下，可实现非晶高阻态，非晶低阻态，晶态低阻态的三态存储，各个状态之间区分明显且中间阻态可控性强，且获取中间阻态所需的电场较小，能耗较低，获得的中间阻态具有良好的稳定性，可重复性好。本发明实施例还提供了包含该金属掺杂的Ge‑Sb‑Te基多值存储相变材料的相变存储器。

技术领域

本发明涉及相变存储材料领域，特别是涉及一种金属掺杂的Ge-Sb-Te基多值存储相变材料及相变存储器。

背景技术

相变存储器由于表现出显著的技术优势，被国际半导体工业协会认为可取代闪存和动态随机存储等而成为未来半导体存储器主流产品之一。目前，相变存储器的研究主要集中在高速、低功耗等方面。为适应海量信息存储的要求，相变存储器的高密度存储研究显得尤为重要。

而实现高密度相变存储器的传统方法包括：减小相变单元面积和减小外围电路面积，前者需要对器件结构进行改进以及受到光刻尺寸的限制；后者需对集成电路设计优化。如果能够充分利用相变材料在晶态和非晶态之间电阻的差异(通常为几十倍到上百倍)实现大于2位的多值存储，则可避开上述传统方法的问题。这样就可以基于现有的相变存储器光刻技术和集成电路设计而大大扩充存储容量。

目前，业内报道的多值存储材料多为主流相变材料(Ge-Sb-Te基相变材料)掺杂非金属元素或掺杂非主流相变材料，前者存在中间阻态难以控制、所需电场大，能耗高等缺点，后者则存在相变性能较差，中间态不稳定等缺点。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例第一方面提供了一种金属掺杂的Ge-Sb-Te基多值存储相变材料，用以解决现有技术中多值存储材料存在的相变性能较差、中间态不稳定、能耗高等问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种金属掺杂的Ge-Sb-Te基多值存储相变材料，所述存储相变材料的通式为：M_x(Ge_aSb_bTe_c)_1-x，其中M为掺杂金属元素，所述M为Cu、Ag和Zn中的至少一种，x代表M的原子个数百分比，0＜x＜20％，所述M均匀散布在Ge_aSb_bTe_c中。

本发明实施方式中，所述相变材料为M_x(Ge₂Sb₂Te₅)_1-x。

本发明实施方式中，所述相变材料为M_x(Ge₁Sb₂Te₄)_1-x。

本发明实施方式中，所述相变材料为M_x(Ge₂Sb₂Te₄)_1-x。

本发明实施方式中，所述相变材料为M_x(Ge₃Sb₄Te₈)_1-x。

本发明实施方式中，通过给所述相变材料施加脉冲电压或脉冲电流，所述相变材料可在非晶高阻态、非晶低阻态、晶态低阻态三种不同状态之间转换，从而实现多值存储。