[发明专利]一种Hf-Te-M选通管材料、选通管单元及其制备方法

说明书

本发明属于微纳电子技术领域，更具体地，涉及一种Hf‑Te‑M选通管材料、选通管单元及其制备方法。选通管材料为至少包括Hf及Te的化合物，选通管材料的化学通式为Hfsubgt;x/subgt;Tesubgt;y/subgt;Msubgt;100‑x‑y/subgt;，其中M包括掺杂材料，且5≤x≤55，45≤y≤90，0≤100‑x‑y≤15。本发明的选通管材料选用Hfsubgt;x/subgt;Tesubgt;y/subgt;材料，该材料用于选通管单元时具有漏电流小的优点，有利于降低在相变存储器三维集成中的串扰。本发明的选通管以Hf Te合金为基底材料掺入掺杂材料M，可以调节和优化该选通管材料制作的选通管单元的开通电流、阈值电压及漏电流等；可以提高选通管单元的热稳定性、循环特性以及可重复性。

技术领域

本发明属于微纳电子技术领域，更具体地，涉及一种Hf-Te-M选通管材料、选通管单元及其制备方法。

背景技术

信息的保存与传播是人类文明延续的重要媒介，迈入21世纪后，随着计算机性能以及人工智能技术的突破，产生了海量的信息数据，预计数据总量在几年内就将超出全球存储能力的总和。为了满足人类对信息日益增长的需求，信息存储产业将迎来新一轮的技术革命。然而传统CMOS微缩已经接近物理和成本上的极限，按现有的发展趋势，摩尔定律即将走到终点。对于存储芯片而言，为了打破存储器发展的瓶颈与桎梏，急需发展具有高速、高可靠性以及高密度等特性的新型存储器。

相比闪存存储器，相变存储器具有存储密度大、刷写次数多、读写速度快等优势，有望替代闪存存储器成为下一代商用存储器。在大规模存储阵列中，存储器单元需要与选通管器件相连，不仅可以解决漏电流问题，而且堆叠式结构能够极大提升存储密度。其中，最有前途的非基于非晶硫系材料的选通管莫属了。

自上世纪60年代首次发现阈值转换特性的材料，至今已发现了一系列具有阈值转变特性的硫系化合物材料。目前主流的硫系化合物选通材料有GeSAsTe(专利文献CN111725395A)和GeTeSeAs(专利文献CN106601907A)等材料，但是存在制备工艺复杂、易发生分相、阈值电压大、漏电流大等缺点。专利文献(CN115084369A)提到的选通管材料In_xTe_yM_100-x-y，以In-Te合金为基底材料进行掺杂，但该基底材料能带间隙较小，关态电阻较大，存在漏电流偏大的问题。因而需要寻找新的性能优异的选通管材料。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种Hf-Te-M选通管材料、选通管单元及其制备方法，解决了现有存在的选通管材料制备工艺复杂、阈值电压大、漏电流偏大等问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种Hf-Te-M选通管材料，所述选通管材料为至少包括Hf及Te的化合物，所述选通管材料的化学通式为Hf_xTe_yM_100-x-y，其中M包括掺杂材料，且5≤x≤55，45≤y≤90，0≤100-x-y≤15。

优选地，所述掺杂材料包括C、N、As、Si、Zn、Al、Zr、Cr、Sc、Ti、Ga和Y中的至少一种。

优选地，所述选通管材料以Hf-Te合金为基底材料进行掺杂，掺杂M材料用于改善Hf-Te合金材料的开通电流、阈值电压、漏电流、热稳定性、耐久性或循环特性中的至少一种性能。

优选地，所述选通管材料在电信号的操作下可实现高阻态到低阻态的瞬时转变，当撤去电信号后，所述选通管材料瞬时自发返回到高阻态。

另一方面，本发明提供了一种选通管器件单元，所述选通管器件单元包括：

选通管材料功能层，包括所述选通管材料；

底电极层，位于所述选通管材料功能层的下表面；

顶电极层，位于所述选通管材料功能层的上表面。