[发明专利]相变超晶格材料及其相变存储器单元

说明书

本申请公开了一种相变超晶格材料及其相变存储器单元，所述相变超晶格材料包含半导体材料层与半金属材料层，所述半导体材料层为(Asubgt;x/subgt;Tesubgt;1‑x/subgt;)subgt;y/subgt;(Sbsubgt;0.4/subgt;Tesubgt;0.6/subgt;)subgt;1‑y/subgt;，所述半金属材料层Asubgt;x/subgt;Tesubgt;1‑x/subgt;，其中所述A为钪Sc、钇Y、锰Mn、锌Zn、镉Cd、汞Hg中的一种，x为0.4至0.7，y为0至0.6。本申请基于半导体材料层制备的相变存储器单元具有较高的相变速度，可以提高写操作速度；且基于半导体材料层与半金属材料层制备的相变存储器单元具有较好的逻辑值区分特性，有效提升基于半导体材料层与半金属材料层制备的相变存储器单元的可用性。

技术领域

本申请涉及半导体信息功能材料技术领域，尤其涉及一种相变超晶格材料及其相变存储器单元。

背景技术

存储器是目前半导体市场的重要组成部分，是信息技术的基石，无论在生活中还是在国民经济中发挥着重要的作用。信息量伴随着社会发展急剧增加，高数据存储密度的存储器的研发成为存储器研究者的重要任务。其中，相变存储器由于具有高速读取、高可擦写次数、非易失性、元件尺寸小、功耗低、抗强震动和抗辐射等优点，被国际半导体工业协会认为最有可能取代目前的闪存存储器而成为未来存储器主流产品的器件和最先成为商用产品的器件。在相变存储器中，利用了相变材料在非晶和多晶之间的可逆转变来实现上述的电阻变化。常用的相变存储材料体系主要有Ge-Sb-Te、Si-Sb-Te、Ag-In-Sb-Te等。但当前相变存储材料体系存在写操作速度慢以及阻值波动性大，导致器件阻值分布范围不集中，不利于对逻辑值“0”和“1”的区分的问题，导致基于当前相变存储材料体系形成的相变存储器单元的可用性较低。

发明内容

本申请的主要目的在于提供一种相变超晶格材料及其相变存储器单元，旨在解决基于当前相变存储材料体系形成的相变存储器单元的可用性较低的技术问题。

为实现上述目的，本申请实施例提供一种相变超晶格材料，所述相变超晶格材料包含半导体材料层与半金属材料层，所述半导体材料层为(A_xTe_1-x)_y(Sb_0.4Te_0.6)_1-y，所述半金属材料层为A_xTe_1-x，其中A为钪Sc、钇Y、锰Mn、锌Zn、镉Cd、汞Hg中的一种，x为0.4至0.7，y为0至0.6。

可选地，所述半导体材料层与所述半金属材料层交替堆垛，堆垛次数在5次至20次之间。

可选地，所述半导体材料层的初始态为亚稳定态的立方相晶体结构。

可选地，所述半金属材料层为与所述半导体材料层相同的立方相晶体结构。

可选地，所述半导体材料层的厚度为0nm至20nm。

为实现上述目的，本申请还提供一种相变存储器单元，所述相变存储器单元包括底电极、顶电极和上述的相变超晶格材料，所述相变超晶格材料设置于所述底电极和所述顶电极之间；其中，所述底电极的材料包含铝Al、钨W和锡TiN中的任意一种，所述顶电极的材料包含Al、W和TiN中的任意一种。

可选地，所述相变存储器单元还包括衬底和介质包覆层，其中，所述介质包覆层的材料包含二氧化硅SiO₂和氮化硅Si₃N₄中的任意一种。

可选地，所述底电极设置于所述衬底，所述介质包覆层包覆于所述底电极、所述相变超晶格材料与所述顶电极的外围。

可选地，所述相变存储器单元为限制型结构相变存储器单元或T型结构相变存储器单元。