[发明专利]抗应力的超晶格相变存储单元、其制备方法与相变存储器

说明书

本发明公开了一种抗应力的超晶格相变存储单元、其制备方法与相变存储器，包括柔性衬底层以及依次沉积在柔性衬底层上的第一绝缘层、下电极层和第二绝缘层，第二绝缘层的内部开设有通孔且通孔与下电极层相接触；在通孔的侧壁上形成有环状碳纳米管层；超晶格薄膜形成于环状碳纳米管层的内部且与环状碳纳米管层之间通过第三绝缘材料层隔离；超晶格薄膜包括交替生长的具有范德华间隙的第一、第二相变层；上电极形成于第四绝缘层的表面并通过第四绝缘层的通孔与超晶格薄膜接触；本发明在具有范德华间隙的超晶格薄膜材料外围包裹碳纳米管，可以防止超晶格薄膜在应力弛豫的过程中发生断裂，极大地提高了相变存储器件抗应力的能力。

技术领域

本发明属于微电子器件技术领域，更具体地，涉及一种抗应力的超晶格相变存储单元、制备方法与相变存储器。

背景技术

目前，柔性可穿戴设备的发展方兴未艾，如手持终端手机上所使用的柔性屏已经开始进入全面商业化的阶段。以可折叠屏手机为例，除了屏幕真正实现了可弯曲折叠之外，除去屏幕外的其它零部件仍然是不可弯折的，需要以活动的机械构件替代；而多种电子设备均要使用的关键部件—存储器，则需要避开活动的机械构件部分，只能分布于活动的机械构件两侧的刚性外壳内；这种除去屏幕外的其它零部件尤其是存储器的不可弯折性严重限制了柔性可穿戴设备的进一步发展。因此发展具有一定的弹性的、抗应力的新型存储器件对下一代可穿戴柔性设备的发展具有重要意义。

相变存储器(PCRAM)被认为是最有潜力的下一代半导体存储技术之一。超晶格相变存储材料由于其可以通过施加电或者光脉冲快速的在低阻态和高阻态之间实现可逆的变换而备受人们关注，其高阻态转变为低阻态的过程称为SET过程，逆过程称为RESET过程。而且与传统的相变存储材料相比，其在SET速度、RESET功耗以及循环擦写稳定性等方面具有更加优异的表现。

超晶格材料是两种不同组元以几个纳米到十几个纳米的薄层交替生长并保持严格周期性的多层膜，事实上是特定形式的层状精细复合材料，其交替生长的结构也决定了其更好的性能可塑性，但是目前常用的超晶格材料不具备一定的抗应力特性和足够的柔韧性，采用超晶格相变材料的相变存储器依然无法被应用于柔性可穿戴设备中。

发明内容

针对现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供了一种抗应力的超晶格相变存储单元、其制备方法与相变存储器，其目的在于提高相变存储器件的柔韧性和抗应力效果，使其能够应用于柔性可穿戴设备。

为实现上述目的，按照本发明的第一个方面，提供了一种抗应力的超晶格相变存储单元，包括：

柔性衬底层，以及依次沉积在所述柔性衬底层上的第一绝缘层、下电极层和第二绝缘层，所述第二绝缘层的内部开设有通孔且所述通孔贯穿第二绝缘层并与所述下电极层相接触；在该通孔的侧壁上形成有环状碳纳米管层；

超晶格薄膜，所述超晶格薄膜形成于所述环状碳纳米管层的内部且与该环状碳纳米管层之间通过第三绝缘层隔离；该超晶格薄膜包括交替生长的具有范德华间隙的第一相变层和第二相变层；

上电极，所述上电极形成于第四绝缘层的表面，该上电极通过第四绝缘层上的通孔与超晶格薄膜相接触，且与环状碳纳米管层之间通过第四绝缘层隔离。

优选，上述超晶格相变存储单元，其柔性衬底层为聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚对萘二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺及铁、铝、铜、金、银、铂金属箔片中的任意一种。

优选，上述超晶格相变存储单元，其环状碳纳米管层与下电极层的接触面之间还设有催化诱导层，所述催化诱导层的材料为Fe。

优选，上述超晶格相变存储单元，其环状碳纳米管层的原子层数为1-20，直径为10-50nm。

优选，上述超晶格相变存储单元，其超晶格薄膜的超晶格周期数为5-100；