[发明专利]相变存储单元、相变存储器及电子设备

说明书

本申请公开了相变存储单元、相变存储器及电子设备，属于半导体存储技术领域。该相变存储单元包括相变薄膜；相变薄膜包括多层相变材料层和多层导电隔绝层，相变材料层与导电隔绝层交替层叠；相变材料层采用相变材料形成，导电隔绝层采用导电晶体材料形成；相变材料与导电晶体材料的晶格失配度小于或等于10％，相变材料的熔点小于导电晶体材料的熔点。相变材料层以导电晶体材料层作为结晶生长模板，利于显著降低结晶时间；导电隔绝层保持稳定的晶体结构，有效阻止相变材料在电场方向上的元素迁移。

技术领域

本公开涉及半导体存储技术领域，特别涉及相变存储单元、相变存储器及电子设备。

背景技术

相变存储器以相变材料作为存储介质，相变材料能够在晶态和非晶态之间进行可逆转变，相变存储器利用相变材料在非晶态和晶态时对应的高、低电阻率的差异来实现数据“0”和“1”的存储，相变材料的选择对于相变存储器的读写速度具有重要的影响。

一种相关技术提供了一种超晶格相变材料，其由多层GeTe薄膜和多层Sb₂Te₃薄膜交替叠合而成，具有较高的相变速度，利于提高相变存储器的读写速度。但是，相关技术提供的超晶格相变材料，在作业过程中，Te元素和Sb元素向不同的电场方向迁移，使得相变材料内部形成富Sb区域和富Te区域，这样不利于超晶格相变材料的反复擦写，容易降低其循环寿命。在另外一种相关技术中，虽然可以通过在相变材料层加一层高熔点的隔绝层，阻碍相变材料相变过程中的元素扩散，但是相变层和组织扩散层之间晶格失配度大于等于11％，限制了超晶格的相变速度的提升。

发明内容

鉴于此，本公开提供了相变存储单元、相变存储器及电子设备，能够解决上述技术问题。

具体而言，包括以下的技术方案：

一方面，本公开实施例提供了一种相变存储单元，所述相变存储单元包括相变薄膜；

所述相变薄膜包括：多层相变材料层和多层导电隔绝层，所述相变材料层与所述导电隔绝层交替层叠；

所述相变材料层采用相变材料形成，所述导电隔绝层采用导电晶体材料形成；

所述相变材料与所述导电晶体材料的晶格失配度小于或等于10％，并且，所述相变材料的熔点小于所述导电晶体材料的熔点。

本发明实施例提供的相变材料与导电晶体材料晶格失配度小于或等于10％，且所述相变材料的熔点小于所述导电晶体材料的熔点，可以在阻碍相变材料在相变过程中的元素扩散，同时使相变材料与所述导电晶体材料的晶格失配度小于或等于10％，利于提高超晶格的相变速度。

在一些可能的实现方式中，所述相变材料与所述导电晶体材料的晶格失配度小于或等于5％。

相变材料与导电晶体材料两者之间存在的这种较小的晶格常数差异，能够为相变材料的结晶提供动力，利于进一步提高相变材料结晶时形成的晶态结构的稳定性。

在一些可能的实现方式中，所述相变材料层的厚度为1nm-10nm；

所述导电隔绝层的厚度为1nm-10nm。

在一些可能的实现方式中，所述相变材料层与所述导电隔绝层交替层叠的循环周期为2-50。

使相变材料层的厚度和导电隔绝层的厚度，以及使相变材料层与导电隔绝层交替层叠的循环周期在上述范围内，以适用于相变存储单元。

在一些可能的实现方式中，所述相变材料为Ge-Te二元化合物、Sb_xTe_1-x(0.8x≤1)、Bi-Te二元化合物或者Ge-Sb-Te三元化合物；