[发明专利]一种开关器件及存储器

说明书

本发明提供一种开关器件及存储器，该开关器件包括下电极、上电极及夹设于下电极与上电极之间的开关材料层，其中：开关材料层包括Te、Se和S中的至少一种元素；开关器件处于开启状态时，开关材料层呈液态，且禁带宽度为0；开关器件处于关闭状态时，开关材料层呈结晶态，且开关材料层与上电极之间形成肖特基势垒，开关材料层与下电极之间形成肖特基势垒。本发明的开关器件采用开关材料晶态‑液态‑晶态相变开关机理，具有开通电流大、漏电流小、阈值电压小、单元一致性高、与CMOS工艺兼容、热稳定好、元素简单、低毒性及可极度萎缩等优点，能够驱动相变存储单元、阻变存储单元、铁电存储单元、磁存储单元等存储单元，实现高密度三维信息存储。

技术领域

本发明微纳电子技术领域，涉及一种开关器件及存储器。

背景技术

人工智能、物联网等新兴技术的蓬勃发展，使得数据产出呈现指数型增长，对现有的存储器产生了巨大挑战。目前，晶体管尺寸已经微缩至2-3纳米，接近其物理极限，想要进一步提高存储密度，需要进行维度的提升，发展高密度的三维堆叠存储器件。

三维存储器中，为了避免交叉串扰的影响，需要在存储层上增加一个开关器件。开关器件是一种能控制单元存储与否的开关器件，当开关器件上施加的电信号远低于开关器件开启条件时，开关器件关闭，电信号无法对存储单元进行操作；当施加的电信号大于开关的开启条件时，开关器件开启，材料转变为低阻态，电信号直接作用到存储单元，从而进行存储操作；当施加的电信号撤去后，开关材料自发从低阻态回到高阻态，避免漏电流对器件单元造成影响。现有开关器件包含金属氧化物半导体晶体管(Metal-Oxide-SemiconductorTransistor)、二极管(Diode)、导电桥型阈值开关(Conductive Bridge ThresholdSwitch)、金属-绝缘体转变开关(Metal-Insulator Transition Switch)和双向阈值开关(Ovonic Threshold Switch，OTS)等。

然而，现有的开关存在着诸多限制，如金属氧化物半导体管在尺寸微缩过程中漏电流会显著增大；如导电桥型开关的开态电流在微安量级，无法满足新型存储器的需要。能同时满足低漏导，高开态电流的双向阈值开关，材料需要维持在非晶态才能进行开关，但其结晶温度往往低于CMOS工艺的后道退火温度。想要进一步满足结晶温度的要求，需要掺杂As等有毒物质，不利于可持续发展需求。

因此，如何开发出一种具有高热稳定性的开关材料、开关单元，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种开关器件及存储器，用于解决现有技术中开关材料热稳定性低、漏电流高、重复性低、开态电流低、开关比小等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种开关器件，包括下电极、上电极及夹设于所述下电极与所述上电极之间的开关材料层，其中：

所述开关材料层包括Te、Se和S中的至少一种元素；

所述开关器件处于开启状态时，所述开关材料层呈液态，且禁带宽度为0；

所述开关器件处于关闭状态时，所述开关材料层呈结晶态，且所述开关材料层与所述上电极之间形成肖特基势垒，所述开关材料层与所述下电极之间形成肖特基势垒。

可选地，当外加电压大于阈值电压时，所述开关材料层在焦耳热的作用下熔化成所述液态以使所述开关器件开启；当外加电压撤去或外加电压小于阈值电压时，所述开关材料层重结晶以使所述开关器件自发回到所述关闭状态。

可选地，所述开关器件具有双向阈值开关特性。

可选地，所述开关器件的开/关电流比范围是1×10¹～9.9×10⁸，开关速度快于200ns。