[发明专利]一种Ta-Ge-Sb-Te相变材料及其制备方法和相变存储器单元

说明书

本申请提供一种Ta‑Ge‑Sb‑Te相变材料及其制备方法和相变存储器单元，该Ta‑Ge‑Sb‑Te相变材料包括钽(Ta)元素、锗(Ge)元素、锑(Sb)元素和碲(Te)元素，所述Ta‑Ge‑Sb‑Te相变材料的化学式为Ta_xGe_ySb_zTe_{100‑x‑y‑z}，其中，2≤x≤15，5≤y≤50，5≤z≤70。本申请提供的Ta‑Ge‑Sb‑Te相变材料可以通过调节钽(Ta)元素、锗(Ge)元素、锑(Sb)元素和碲(Te)元素的含量以及薄膜的厚度得到不同结晶温度、电阻率和结晶激活能的存储材料，本申请提供的Ta‑Ge‑Sb‑Te相变材料，与传统的Ge₂Sb₂Te₅相比，具有更高的热稳定性，更强的数据保持力，更快的结晶速度。

技术领域

本申请涉及微电子技术领域，特别涉及一种Ta-Ge-Sb-Te相变材料及其制备方法和相变存储器单元。

背景技术

相变存储器是近年来发展迅速的一种非挥发性半导体存储器。相变存储器的应用基于其中的相变材料在电脉冲信号操作下高、低电阻之间的可逆转换来实现“0”和“1”的存储。即在非晶态时相变材料表现出较高的电阻值，而在晶态时则表现出低的电阻值。与传统的存储器相比，它具有非易失性、元件尺寸小、读写速度快、功耗低、循环寿命长及抗辐照性能优异等优点，且具有成熟的材料体系，技术积累丰富。因此，相变存储器被认为最有可能取代目前当今主流产品而成为未来存储器的主流产品，极其有望替代闪存成为下一代非挥发存储器的主流存储技术，因而在民用市场上拥有广阔的市场前景。

相变存储器的核心是相变存储介质材料。传统的相变材料主要是Ge₂Sb₂Te₅，其已经广泛应用于相变光盘和相变存储器中。但是依然存在一些问题，Ge₂Sb₂Te₅的结晶温度低导致10年可靠数据保存的工作温度仅为85℃左右，面临丢失数据的风险，且在嵌入式系统中无法得到应用。并且研究表明基于Ge₂Sb₂Te₅的相变存储器实现稳定操作的电脉冲至少为百纳秒量级，无法满足动态随机存储器的速度要求。因此，研发出一种新的相变存储器件，以在其数据保持能力、相变速度等各方面寻求平衡且与CMOS工艺兼容的相变薄膜材料实属必要。

发明内容

本申请要解决是现有技术中Ge₂Sb₂Te₅相变材料结晶温度较低，热稳定性不好、数据保持力得不到保证、面临着数据丢失、相变速度低且无法满足动态随机存储器速度要求的技术问题。

为解决上述技术问题，本申请实施例公开了一种Ta-Ge-Sb-Te相变材料，包括钽(Ta)元素、锗(Ge)元素、锑(Sb)元素和碲(Te)元素，所述Ta-Ge-Sb-Te相变材料的化学式为Ta_xGe_ySb_zTe_100-x-y-z，其中，2≤x≤15，5≤y≤50，5≤z≤70。

进一步地，所述Ta-Ge-Sb-Te相变材料在电脉冲信号操作下能够实现高低阻值的可逆转换，且在没有电脉冲信号操作下阻值保持不变。

进一步地，所述Ta-Ge-Sb-Te相变材料包括Ta-Ge-Sb-Te相变薄膜材料，所述Ta-Ge-Sb-Te相变薄膜材料的厚度为5-100纳米。

进一步地，所述Ta-Ge-Sb-Te相变材料采用Ta单质靶和Ge₂Sb₂Te₅合金靶共溅射制备形成。