[发明专利]一种OTS选通材料、OTS选通单元及其制备方法和存储器

说明书

本发明涉及微纳电子技术领域，特别涉及一种OTS选通材料、OTS选通单元及其制备方法和存储器，所述OTS选通材料包括GeSe组分、As₃Se₄组分及掺杂元素(M)，所述OTS选通材料的化学通式为(GeSe)_x(As₃Se₄)_yM_z，其中M为Ta、Si、Ge、Te、C、W、N、O、P中的一种或多种，x、y、z满足4x20，7y14，0z15，以及2x+7y+z＝100。本发明所提供OTS材料在外部电场作用下，当电压达到阈值电压时，材料能够实现高阻态到低阻态的瞬时转换；当撤掉外部能量时，又能够立刻由低阻态转变为高阻态。基于所述OTS材料制备的OTS选通单元具有高热稳定性、高开关速度、大开启电流、高开关比、低阈值电压、高循环寿命等优点，可用于高密度与三维海量相变存储器的制造。

技术领域

本发明涉及微纳电子技术领域，特别涉及一种OTS选通材料、OTS选通单元及其制备方法和存储器。

背景技术

随着以人工智能、物联网、大数据等技术主导的大数据时代的来临，人们对于信息的存储与计算的要求越来越高。存储器作为一种半导体器件是计算机系统中的记忆设备，一直在国际半导体市场上占据着重要的地位。在众多的新型存储器中，相变存储器(PCM)因其高密度、多值存储、操作速度快、寿命时间长、功耗低等特点被视为下一代非易失型存储器的解决方案。

以硫系化合物为主的阈值转变(OTS)材料被认为是PCM的最具应用潜力的存储材料。其中，GeSe是目前较为常见的OTS选通材料，该材料具有开关比高、漏电小的优点，然而开启电压高限制了其在PCM中的应用。另外，PCM的可靠性取决于每层存储阵列的性能，但在PCM的制备过程中，底层OTS选通材料在多层结构工艺中会经历多次的热处理过程，并且为了保证存储单元加工尺寸和性能的一致性，堆叠层数越多，热处理过程越多，因此对OTS选通材料的热稳定性提出了非常高的要求。此外，技术节点的推移和PCM的高存储密度需求，对OTS选通材料的热稳定性的提出了很高的要求。

因此，亟需开发一种具有高热稳定性，同时具有高开关速度、大开启电流、高开关比、低阈值电压和高循环寿命的OTS选通材料，以解决上述技术问题。

发明内容

针对现有技术的上述问题，本发明提供一种OTS选通材料、OTS选通单元及其制备方法和存储器，具体技术方案如下：

第一方面，本发明一种OTS选通材料，其特征在于，所述OTS选通材料包括GeSe组分、As₃Se₄组分及掺杂元素(M)，所述OTS选通材料的化学通式为(GeSe)_x(As₃Se₄)_yM_z，其中M为Ta、Si、Ge、Te、C、W、N、O、P中的一种或多种，x、y、z满足4x20，7y14，0z15，以及2x+7y+z＝100。

第二方面，本发明提供一种OTS选通单元，其特征在于，所述选通单元包括：

下电极层；

上电极层；

OTS选通材料层：位于所述下电极层和所述上电极层之间，包括上述所述的OTS选通材料。

第三方面，一种OTS选通单元的制备方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

S1:制备下电极层；在衬底上沉积下电极材料形成下电极层薄膜；