[发明专利]相变薄膜、相变存储器及相变存储器的操作方法

说明书

本发明提供了一种相变薄膜、相变存储器和相变存储器的操作方法，所述相变薄膜包括依次层叠的第一金属阻挡层、相变材料层和第二金属阻挡层，其中，在所述第一金属阻挡层和所述相变材料层之间设置有金属铋层，和/或，在所述第二金属阻挡层和所述相变材料层之间设置有金属铋层，由此，能够利用低表面自由能的金属铋层作为相变材料层的表面活性剂，在施加相应的脉冲后，使得金属铋层中的铋原子沿着相变材料层中的晶体晶界进行扩散，以细化相变材料层中的晶粒，提高相变材料层的相变速度，并减少相变材料层相变时体积的变化，提高器件的耐久性。

技术领域

本发明涉及相变存储器技术领域，特别涉及一种相变薄膜、相变存储器及相变存储器的操作方法。

背景技术

相变存储器(Phase Change RAM，PCRAM)是一种固态半导体非易失性存储器，其具有高速读取、高可擦写次数、非易失性、元件尺寸小、功耗低等优点，且相比于动态随机存储器(Dynamic Random Access Memory，DRAM)来说，其成本更低，断电后信息不会丢失，存储密度更大，功耗也更低，因此被认为是极具发展前景，并且最有可能完全替代DRAM的新型非易失性存储器。特别地，PCRAM因具备非易失性以及可字节寻址等特点，从而同时具备了作为主存和外存的潜力，由此，PCRAM也被寄希望，以打破主存与外存之间的界限，为未来的存储体系结构带来重大的变革。

然而，现有的PCRAM的写入延时要远高于DRAM。因此，如何有效地提高PCRAM的操作速度至关重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种相变薄膜、相变存储器及相变存储器的操作方法，以提高相变存储器的操作速度。

为解决上述技术问题，本发明提供一种相变薄膜，其包括依次层叠的第一金属阻挡层、相变材料层和第二金属阻挡层，其中，在所述第一金属阻挡层和所述相变材料层之间设置有金属铋层，和/或，在所述第二金属阻挡层和所述相变材料层之间设置有金属铋层，且所述金属铋层作为所述相变材料层的表面活性剂，在相应的脉冲的作用下，所述金属铋层中的铋原子沿着所述相变材料层中的晶体晶界进行扩散，以细化所述相变材料层中的晶粒。

可选地，所述金属铋层的厚度不大于5纳米级。

可选地，所述脉冲包括电脉冲、光脉冲、热脉冲中的至少一种。

可选地，在相应的脉冲的作用下，所述金属铋层中的铋原子沿着所述相变材料层中的晶体晶界进行扩散时，从所述金属铋层紧挨的所述相变材料层的一侧表面扩散至所述相变材料层的相对侧表面，以形成新的金属铋层。

基于同一发明构思，本发明还提供一种相变存储器，其包括第一电极、第二电极以及为本发明的所述的相变薄膜，所述第一金属阻挡层位于所述第一电极和所述相变薄膜的相变材料层之间，所述第二金属阻挡层位于所述第二电极和所述相变材料层之间。

可选地，所述脉冲为用于实现所述相变存储器的写操作或者擦除操作的脉冲，并通过所述第一电极和所述第二电极施加到所述相变薄膜上。

基于同一发明构思，本发明还提供一种本发明所述的相变存储器的操作方法，其包括以下步骤：对相变存储器中的相变薄膜施加相应的脉冲，以对所述相变存储器进行操作；其中，所述脉冲还使所述相变薄膜的金属铋层中的铋原子沿着所述相变薄膜的相变材料层中的晶体晶界进行扩散，以细化所述相变材料层中的晶粒。

可选地，对所述相变存储器中的相变材料层施加脉冲的步骤包括：

先根据所述相变存储的操作需求，对所述相变存储器中的相变薄膜施加相应的第一个脉冲，使相变薄膜中的相变材料层达到所需温度；

对所述相变薄膜继续施加多个脉冲，直至所述相变材料层的阻态转变为所述操作需求对应的阻态；