[发明专利]一种相变存储单元及相变存储器

说明书

本申请提供一种相变存储单元及相变存储器。该相变存储单元包括第一电极、第二电极和相变材料层，其中，相变材料层位于第一电极与第二电极之间，相变材料层包括掺杂铪(Hf)金属和/或铪化合物的母体相变材料，母体相变材料为包含锗(Ge)、锑(Sb)、碲(Te)、铋(Bi)中至少一种元素的材料。铪金属和/或铪化合物可以作为晶化过程中的晶核，加速相变材料层的晶化过程，从而提升SET操作速度；而且，掺杂铪金属和/或铪化合物可以填充母体相变材料处于晶态时的空位，减少相变材料层在相变前后的体积变化，从而降低空洞的产生，提升循环性能。

本申请要求于2021.9.13提交的申请号为202111068031.7、发明名称为“一种相变存储单元及相变存储器”的中国专利申请的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本申请涉及存储技术领域，尤其涉及一种相变存储单元及相变存储器。

背景技术

随着移动互联网、云计算、大数据、深度学习以及物联网等各项技术的广泛应用，市场对超高密度、超大容量的数据存储的需求快速增长。其中，相变存储器(phase changememory，PCM)作为应用前景最被看好的非易失存储技术之一，已经在多种存储结构方向得到应用，例如，在二维存储器结构方向，二维相变存储器已经在嵌入式应用中得到使用，又例如，在三维存储器结构方向，三维相变存储器作为存储级内存(storage class memory)已应用在数据中心等场景中。

相变存储器具有低功耗、高密度、尺寸小等优点，其通过电脉冲的方式使相变材料在晶态和非晶态之间转变时所表现出来的导电性差异实现读写数据。目前在相变存储器中，相变材料以Ge_xSb_yTe_1-x-y体系材料为主，由于Ge_xSb_yTe_1-x-y体系材料本身在非晶态时的成核中心不稳定，导致晶化过程的成核步骤慢，使得SET操作速度慢，而且，由于Ge_xSb_yTe_1-x-y体系材料在晶态和非晶态时的密度差异较大，导致循环操作过程中材料体积反复变化，容易导致孔洞的产生，因此循环性能差。

发明内容

本申请提供一种相变存储单元及相变存储器，用以提高相变存储器的SET操作速度，并提升相变存储器的循环性能。

第一方面，本申请提供了一种相变存储单元，该相变存储单元包括第一电极、第二电极和相变材料层，其中，相变材料层位于所述第一电极与所述第二电极之间，所述相变材料层包括掺杂铪(Hf)金属和/或铪化合物的母体相变材料，所述母体相变材料为包含锗(Ge)、锑(Sb)、碲(Te)、铋(Bi)中至少一种元素的材料。

本申请提供的相变存储单元中，相变材料层包括掺杂铪金属和/或铪化合物的母体相变材料，一方面，铪金属和/或铪化合物可以作为晶化过程中的晶核，加速相变材料层的晶化过程，从而提升SET操作速度；另一方面，掺杂铪金属和/或铪化合物可以填充母体相变材料处于晶态时的空位，减少相变材料层在相变前后的体积变化，从而降低空洞的产生，提升循环性能。

在本申请一种可能的实现方式中，所述铪金属和/或铪化合物在所述相变材料层中所占的原子百分比为0.1％～40％。该实现方式中，铪金属和/或铪化合物在相变材料层中所占的原子百分比为0.1％～40％，可以提高相变材料层的晶化速度，并提升循环性能。

以下提供几种上述铪金属和/或铪化合物在所述相变材料层中所占的原子百分比的示例：

示例一，所述铪金属和/或铪化合物在所述相变材料层中所占的原子百分比为1.5％～6.5％。

示例二，所述铪金属和/或铪化合物在所述相变材料层中所占的原子百分比为10％～19.5％。

示例三，所述铪金属和/或铪化合物在所述相变材料层中所占的原子百分比为25％～35％。