[发明专利]一种Cu掺杂的Sb-Te体系相变材料、相变存储器及制备方法

说明书

本发明提供了一种Cu掺杂的Sb₂Te₃体系相变材料、相变存储器及制备方法装置，属于微纳米电子技术领域。其中，Sb‑Te体系相变材料通过Cu元素掺杂，在局部富Cu的情况下形成同时具备四面体以及八面体结构的Cu₃Te₂键合。强键合的四面体结构提高Sb‑Te体系相变材料的非晶稳定性及数据保持能力，晶体构型八面体结构提高Sb‑Te体系相变材料的结晶速度。本发明还提供了包含该相变材料的相变存储器以及相变材料的制备方法。本发明的相变材料能同时改善器件的速度和非晶稳定性，提升相变存储器的综合性能。

技术领域

本发明属于微纳米电子技术领域，更具体地，涉及一种Cu掺杂的Sb-Te体系相变材料、相变存储器及制备方法。

背景技术

在当今电子技术以及信息产业飞速发展的时代，随着数据的爆炸式增长，人们对非易失性存储器的需求也越来越高。相变存储器(PCM)凭借其集成性高、响应速度快、循环寿命长和低功耗等优点被国际半导体工业协会认为最有可能取代闪存和动态储存而成为未来主流储存器。

相变存储单元的基本原理是用电脉冲信号作用于器件单元上，使相变材料在非晶态与多晶态之间发生可逆相变来实现“0”和“1”的储存。在单元上施加一个窄脉宽、高幅值的电脉冲对其进行RESET操作，晶态相变储存材料融化快冷转变为非晶无序态，从而实现从低阻态“0”到高阻态“1”的快速阻变。反之，在相变单元上施加一个宽脉宽、低幅值的电脉冲对其进行SET操作，非晶态相变储存材料经历一个类退火过程结晶，返回低阻态，实现“1”擦写回“0”。

相变材料主要为硫系化合物材料，其中又以Ge、Sb、Te三种元素组成的化合物最为常见。Sb-Te体系是近年来受到广泛关注的相变材料，其晶化温度低且具有生长主导型晶化过程，晶化速度快，因此，基于Sb-Te体系的相变存储器件具有SET速度快的特点。但是，其非晶稳定性较差，器件的数据保持稳定性需要进一步提升。

相变材料性能的优化是提升相变存储器性能的关键，而相变材料的微观结构决定着其宏观特性。目前，对Sb-Te体系相变材料的主要性能优化手段是掺杂。尤其是第四主族元素掺杂。第四主族元素掺入Sb-Te体系后可以以自身为中心形成四面体结构。非晶状态下，强键合的四面体团簇与Sb-Te晶体的结构(八面体)差异较大，阻碍相变材料的自发结晶，从而提高其非晶稳定性及数据保持能力。然而，上述掺杂提高Sb-Te相变材料非晶稳定性的同时，必然降低其结晶能力从而降低该体系材料的结晶速度。

因此，需要开发一种新型的改性Sb-Te材料体系的方法，以实现增强Sb-Te体系相变材料非晶稳定性能的同时提高其结晶速度，做到速度和稳定性的兼容,从而使其能作为商业化的相变存储材料应用。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种Cu掺杂的Sb-Te体系相变材料、相变存储器及制备方法，Sb-Te体系相变材料通过Cu元素掺杂，形成同时具有四面体以及八面体结构的物质，能增强Sb-Te体系相变材料非晶稳定性的同时提高其结晶速度，能实现擦写速度和非晶稳定性的兼容，旨在解决现有技术中Sb-Te系相变存储器SET速度和非晶稳定性不能兼容的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种Cu掺杂的Sb-Te体系相变材料，Cu以原子态不均匀掺杂于Sb-Te体系材料中，形成局部富Cu区域，在局部富Cu区域中形成Cu₃Te₂键合，Cu₃Te₂键合是指Cu原子和Te原子结合成键并形成具备四面体以及八面体点阵布置的物质。

进一步的，其化学式和成分组成分别为：Cu_x(Sb-Te)_1-x，其中，x代表Cu元素的原子百分比，5％x40％。