[发明专利]Ge-Se-Al OTS材料、OTS选通器单元及其制备方法

说明书

本发明提供一种Ge‑Se‑Al OTS材料、OTS选通器单元及其制备方法，其中，该Ge‑Se‑Al OTS材料的化学通式为Ge_xSe_yAl_100‑x‑y，x、y均指元素的原子百分比，且满足40<x<60，40<y<100‑x，本发明所提供的应用Ge‑Se‑Al OTS材料的OTS选通器单元，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，而且，在撤去外部能量时，能够立即由低电阻态向高电阻态转变，将Ge‑Se‑Al OTS材料作为OTS选通器单元的介质时，OTS选通器单元不仅具有阈值电压低、开关比大等优点，而且器件的寿命及可靠性都得到了提高。

技术领域

本发明涉及一种微电子技术领域，特别是涉及一种Ge-Se-Al OTS材料、OTS选通器单元及其制备方法。

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。同样地，在目前新兴的类脑计算芯片中，OTS器件也扮演着重要的角色。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，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。截至目前，用于OTS选通器的典型材料为硫系化合物合金Ge-Se薄膜。

就目前的OTS选通器的研究方向来看，主要是朝着高开关比、低阈值电压、高寿命、高可靠性的方向发展的。然而，对于Ge-Se材料，其阈值电压较高，从而导致其他性能如寿命和可靠性受到了影响。鉴于此，如何对Ge-Se材料进行掺杂以降低其阈值电压，提高开关比、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-Se-Al OTS材料、OTS选通器单元及其制备方法，以解决现有技术中OTS选通器的开关比、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-Se-Al OTS材料，其特征在于：所述Ge-Se-Al OTS材料的化学通式为Ge_xSe_yAl_100-x-y，其中，x、y均指元素的原子百分比，且满足40<x<60，40<y<100-x。优选地，所述化学通式中，满足x:y＝55:45，且Al的原子百分比满足5<100-x-y<25。可选地，所述化学通式中，Al的原子百分比满足5<100-x-y<10。

此外，本发明还提供一种OTS选通器单元，其中，所述OTS选通器单元自下而上包括一下电极层、设置于所述下电极层上的一OTS材料层、设置于所述OTS材料层上的一上电极层以及设置于所述上电极层上的一引出电极，其中，所述OTS材料层包含如上所述的Ge-Se-Al OTS材料。

可选地，该下电极层的材料为W、Pt、Au、Ti、Al、Ag、Cu、以及Ni中的任意一种，或由上述单金属材料W、Pt、Au、Ti、Al、Ag、Cu、以及Ni中的任意两种或多种组合成的合金材料，或为包含上述单金属材料W、Pt、Au、Ti、Al、Ag、Cu、以及Ni中的一种的氮化物或氧化物。