[发明专利]一种具有新型结构与材料的VOx选通管

说明书

本发明公开了一种具有新型结构与材料的VOx选通管，包括一第一金属电极层、一银导电介质层、一硫系材料层、一VOx材料层和一第二金属电极层；通过在VOx和底电极之间加一层硫系材料层和一银导电介质层，三者共同构成选通管器件的开关层，可以改善选通管的开关性能。在向选通管施加电压或电流激励的时候，银扩散进入硫系材料层，可以在硫系材料中形成导电丝，这样会使电流只流过导电丝，并抑制其它区域的电流，由于导电丝很细，可以局部加热VOx材料，使部分VOx材料发生金属态到绝缘态的转化，从而使选通管导通，这样可以使选通管的阈值电压或阈值电流显著降低，而且可以增大选通管的关态电阻，从而显著提高器件的开关比，并更好的抑制器件的漏电流。

技术领域

本发明属于微纳米电子技术领域，具体涉及一种具有新型结构与材料的VOx选通管。

背景技术

两端非易失性存储器采用两端的选通管器件来抑制大规模阵列中广泛存在的漏电流问题。选通管器件为开关器件，工作原理为：在到达开启电压/电流之前，选通管处于关闭状态，电阻非常高，可以有效抑制漏电流；到达开启电压/电流后，选通管开启，降为极低的电阻，为相应的存储单元提供足够的操作电流。在大规模阵列中，选通管与存储器单元连接，操作存储器单元时，首先施加电压或电流打开与选中单元连接的选通管，然后对选中的存储器单元进行读写操作。其中，与未选中的存储器单元连接的选通管同时处于关闭状态，电阻非常高，可以抑制漏电流，降低阵列功耗。两端选通管器件不仅可以有效解决漏电流问题，在阵列集成过程中可以与存储单元垂直堆叠，不需要占用额外的面积，提高集成密度；同时，两端存储器与选通管集成的结构具有三维方向上的堆叠能力，进一步提高存储密度。

VOx是一种具有金属绝缘体转化性质的材料，金属绝缘体转化（Metal-Insulator-Transition，MIT）是指材料由于外部的各种刺激如电、热、磁和机械刺激，材料的电导率会发生非线性变化，可以从高阻的绝缘态转化为低阻的金属态，而且只有持续施加足够的刺激，低阻状态才可以继续保持，否则会回复到初始的高阻状态。由于VOx材料会在70℃左右会发生阻态的变化，对于一般的VOx选通管，器件从下至上由底电极、VOx功能层和顶电极构成，其工作原理为当通过顶电极向器件施加激励的时候，会加热底电极，当底电极的升温达到一定值时，会使VOx材料由高阻的绝缘体转化为低阻的金属态，从而使选通管导通。

该种选通管的优点是可以提供比较大的驱动电流，而且器件的电学稳定性相对较好，但是其最大的缺点是器件的漏电流通常比较大和开关比很小，而且， V元素和O元素的比例对VOx选通管性能的影响很大，通常为了得到合适组分比的材料，在制备完VOx材料层后，需要对其进行退火处理，退火的温度一般在500℃左右，而如今三维存储器严格要求器件制备温度低于400℃，不然后面的制备过程会破坏前面已经制备好的精细结构，这就导致VOx选通管的制备工艺与之不相兼容。

发明内容

针对现有技术以上缺陷或改进需求中的至少一种，本发明提供了一种具有新型结构与材料的VOx选通管，通过在VOx和底电极之间设置一层硫系材料层和一层银导电介质层，由VOx材料层、硫系材料层和银导电介质层共同构成选通管器件的开关层，可以改善选通管的开关性能。硫系材料和银导电介质层的主要作用是，在向选通管施加电压或电流激励的时候，银扩散进入硫系材料层，可以在硫系材料中形成导电丝，这样会使电流只流过导电丝，并抑制其它区域的电流，由于导电丝很细，可以局部加热VOx材料，使部分VOx材料发生金属态到绝缘态的转化，从而使选通管导通，这样可以使选通管的阈值电压或阈值电流显著降低，而且可以增大选通管的关态电阻，从而显著提高器件的开关比，并更好的抑制器件的漏电流。而且由于导电丝的温度电场下可以达到非常高，可以完成对VOx材料层的退火过程，这样可以适用于三维存储器，不需要500℃的高温过程，可以与CMOS后端制备工艺相兼容。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种具有新型结构与材料的VOx选通管，包括依次设置的：

一半导体衬底；

一第一金属电极层；