[发明专利]一种基于VOx选通管的相变存储单元

权利要求书

1.一种基于VO_x选通管的相变存储单元，其特征在于，包括：依次设置的下电极层、VO_x选通层、相变功能层和上电极层；当在所述上电极层和所述下电极层之间施加电压时，所述VO_x选通层能实现高阻态和低阻态之间的转换。

2.如权利要求1所述相变存储单元，其特征在于，所述相变功能层的材料为GeTe、SbTe、BiTe、SnTe、AsTe、GeSe、SbSe、BiSe、SnSe、AsSe、InSe、GeSbTe和AgInSbTe中的任意一种以及上述任意一种化合物掺杂S或N或O或Cu或Si或Au元素形成的混合物。

3.如权利要求1或2所述的相变存储单元，其特征在于，所述上电极层和下电极层采用的材料为TiW、Pt、Au、W或其他不易与氧气反应的惰性电极。

4.如权利要求1-3任一项所述的相变存储单元，其特征在于，所述VO_x选通层中VO_x材料的X的取值范围为1.9～2.1。

5.如权利要求1-4任一项所述的相变存储单元，其特征在于，所述VO_x选通层的阈值电压V_th小于相变功能层的擦除操作电压V_Set。

6.如权利要求1-5任一项所述的相变存储单元，其特征在于，VO_x选通层的面积大小为100nm²～30μm²。

7.如权利要求1-6任一项所述的相变存储单元，其特征在于，选通层的VO_x材料的绝缘态电阻大于金属态电阻，绝缘态电阻与金属态电阻的比值大于100。

8.一种基于权利要求1所述的相变存储单元的操作方法，其特征在于，包括下述步骤：

通过在所述上电极层和所述下电极层之间施加一个大于阈值电压V_th的强电脉冲，使得VO_x选通层的温度升到其相变温度以上，VO_x材料由绝缘态的单斜晶系转变为金属态的四方晶系；

通过在所述上电极层和所述下电极层之间施加一个小于保持电压V_hold的电脉冲，使得VO_x选通层的温度降到相变温度以下，VO_x材料重新回到高阻绝缘态；

当需要进行写入操作时，通过在所述上电极层和所述下电极层之间施加一个强度大于V_Reset下降沿为10ns的脉冲信号，使得相变功能层的温度升高到熔化温度以上，使得晶态的长程有序状态遭到破坏，之后极快的下降沿让相变材料迅速冷却到结晶温度以下，此时相变材料来不及晶化就处于高阻值的非晶态相变功能层处于低阻态；

当需要进行擦除操作时，通过在所述上电极层和所述下电极层之间施加一个强度介于V_Reset和V_Set之间且脉宽为200ns的脉冲信号，使得相变材料的温度升到晶化温度之上熔化温度以下并保持一段时间来确保材料完全晶化，此时相变材料由高阻态转变为低阻态，相变功能层处于高阻态，利用相变功能层不同的阻值状态来实现数据的存储。

9.如权利要求8所述的操作方法，其特征在于，所述VO_x选通层的阈值电压小于相变单元的擦除操作电压V_Set。

10.一种制备权利要求1所述的相变存储单元中VO_x选通层的方法，其特征在于，包括：采用离子束溅射或磁控溅射沉积一层氧化钒再将该材料放入氮气或者氩气氛围中退火后，自然冷却到室温后获得所述VO_x选通层。