[发明专利]超薄与多层结构相变化内存组件

权利要求书

1.一种超薄与多层结构相变化内存组件，其特征在于，包括：

一硅基材；

一到至少两个相变化记忆单元，位于硅基材上方，其包括：一超薄相变化材料层，超薄相变化材料层的二侧各设置一保护性阻隔层，使相变化记忆单元呈现「保护性阻隔层/超薄相变化材料层/保护性阻隔层」的三层结构单元，超薄相变化材料层的材料是纯元素或经掺杂后的单元素相，相变化记忆单元中超薄相变化材料层厚度为15奈米时结晶温度在100℃以上，且厚度由15奈米降到5奈米时，结晶温度上升至少50℃，相变化发生前后，超薄相变化材料层体积变化量小于3%；

一第一电极组合层，与相变化记忆单元相邻且电性连接，其包括：一第一电极以及一第一导电性阻隔层，第一电极与第一导电性阻隔层相邻且电性连接；

一第二电极组合层，与相变化记忆单元相邻且电性连接，其包括：一第二电极以及一第二导电性阻隔层，第二电极与第二导电性阻隔层相邻且电性连接；

一介电层，位于硅基材上方。

2.根据权利要求1所述的超薄与多层结构相变化内存组件，其特征在于，所述相变化记忆单元为单个时，记忆位为二位；相变化记忆单元超过一个时每增加一个相变化记忆单元，记忆位增加一位。

3.根据权利要求1所述的超薄与多层结构相变化内存组件，其特征在于，所述超薄相变化材料层的单层厚度为2奈米到30奈米；且于相变化记忆单元超过一个时，各相变化记忆单元中的超薄相变化材料层厚度可以不同。

4.根据权利要求1所述的超薄与多层结构相变化内存组件，其特征在于，所述超薄相变化材料层的材料是纯锑元素或经掺杂的单锑相固溶体。

5.根据权利要求1所述的超薄与多层结构相变化内存组件，其特征在于，所述超薄相变化材料层的材料是纯铋元素或经掺杂的单铋相固溶体。

6.根据权利要求4所述的超薄与多层结构相变化内存组件，其中掺杂的单锑相固溶体指在固溶度范围内添加掺杂物，掺杂物含量在1～18原子百分比之间；掺杂物选自碳、氮、氧、硼、铝、镓、铋、碲、硅、锗之一，或其组合。

7.根据权利要求5所述的超薄与多层结构相变化内存组件，其中掺杂的单铋相固溶体指在固溶范围内添加掺杂物，掺杂物含量在1～18原子百分比之间；掺杂物选自镓、锑、硅、锗、碳、氮、氧之一，或其组合。

8.根据权利要求1所述的超薄与多层结构相变化内存组件，其特征在于，所述超薄相变化材料层为颗粒状超薄膜，由一高温稳定的绝缘性奈米颗粒与纯锑或纯铋组合而成；绝缘性奈米颗粒尺寸小于膜厚，且含量在3～50穆尔分率之间。

9.根据权利要求8所述的超薄与多层结构相变化内存组件，其特征在于，颗粒状超薄膜的绝缘性奈米颗粒，选自氧化物、氮化物、碳化物、硅化物、硼化物、锑化物之一，或其组合。

10.根据权利要求1所述的超薄与多层结构相变化内存组件，其特征在于，所述相变化记忆单元内的各个相变化记忆材料层的材料种类每层可以不同。

11.根据权利要求1所述的超薄与多层结构相变化内存组件，其特征在于，所述第一导电性阻隔层以及第二导电性阻隔层的材料在室温下电阻率小于1000mΩ-cm，至少在1000℃时仍能维持稳定固态，且不会与超薄相变化材料层起物理或化学反应；选自钨、钼、钌、钽、铼、铱、碳化硅、硅化钼、六硼化镧、钛碳化物、钽碳化物、钛硼化物、锑铪化物、钌氧化物、钛氮化物、钽氮化物、锑钛化物、锑钇化物、锑锆化物、镧镍氧化物之一，或其组合。

12.根据权利要求1所述的超薄与多层结构相变化内存组件，其特征在于，所述第一电极与第二电极的材料，其室温下电阻率小于50mΩ-cm，在温度至少1200℃时仍能维持稳定固态；选自钌、钨、钽、氧化钌、二氧化钌、氮化钛、氮化钽之一。

13.根据权利要求1所述的超薄与多层结构相变化内存组件，其特征在于，所述介电层的材料在温度至少1200℃时，不会与超薄相变化材料层起物理或化学反应；选自二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、三氧化二铝、氮化铝、二氧化铪、氧化镁之一。

14.根据权利要求1所述的超薄与多层结构相变化内存组件，其特征在于，所述相变化记忆单元之间串联连接，亦即由第一电极以及第二电极提供的电流流动方向与超薄相变化材料层平面垂直。