[发明专利]C掺杂Sc-Sb-Te相变存储材料、相变存储器单元及其制备方法

说明书

本发明提供一种C掺杂Sc‑Sb‑Te相变存储材料、相变存储器单元及其制备方法，所述Sc‑Sb‑Te相变存储材料为Sc‑Sb₂Te₃相变存储材料，所述C掺杂Sc‑Sb‑Te相变存储材料中，C的原子百分比为1%~40%。本发明通过对Sc‑Sb₂Te₃进行C掺杂，由于C是一种低热导的材料，可以很好的防止热扩散，且C的良好导电性保证了材料良好的导通，本发明的C掺杂Sc‑Sb₂Te₃相变材料在外部能量的作用下，能够实现高电阻态与低电阻态之间的可逆转变，高低阻态的阻值比可达两个数量级；其作为相变存储器的存储介质时，相变存储单元不仅具有相变速度快、写操作电流低等优点，而且器件的高温数据保持力及可靠性有了极大的提高；采用本发明相变存储器单元结构的相变存储器具有高速、低功耗、良好数据保持力等优越性。

技术领域

本发明涉及相变存储技术领域，特别是涉及一种C掺杂Sc-Sb-Te相变存储材料、相变存储器单元及其制备方法。

背景技术

随着计算机的普及和大数据时代的到来，存储器在半导体市场占据了重要地位。存储器需要向更高集成度，更高速度发展。内存和硬盘之前的速度差异这一巨大鸿沟，限制了当前计算机向超快速度发展。为了应对存储器发展的瓶颈，各种新型存储材料应运而生。相变存储器(PCRAM)是一种非常有潜力的新型非易失存储材料，通过对硫系半导体化合物施加不同脉宽和强度的电脉冲，使之实现晶态与非晶态之间的可逆相变，利用材料在低电阻的晶态和高电阻的非晶态的电阻差异来实现数据的存储。

存储器的研究一直稳步朝着高速、高密度、低功耗、高可靠性的方向发展。但是以Ge₂Sb₂Te₅为主的相变材料的速度都在百纳秒量级，无法满足替换DRAM的要求。最近，基于Sc-Sb₂Te₃的相变存储器由于700皮秒的操作速度以及10⁷的循环寿命，使得替换DRAM成为可能。由于可逆操作在非晶态和亚稳态立方结构进行的，而不经过稳定的立方态，因而是具有低功耗的特点。

但是，Sc-Sb₂Te₃自身存在着一些缺陷，如面心立方相的结晶温度不高、Sc易氧化等问题，从而使得Sc-Sb₂Te₃相变存储材料存在相变速率慢、功耗较高等问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种C掺杂Sc-Sb-Te相变存储材料、相变存储器单元及其制备方法，用于解决现有中的Sc-Sb₂Te₃相变存储材料存在的面心立方相的结晶温度不高，Sc易氧化而导致的相变速率慢及功耗较高等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种C掺杂Sc-Sb-Te相变存储材料，所述Sc-Sb-Te相变存储材料为Sc-Sb₂Te₃相变存储材料，所述C掺杂Sc-Sb-Te相变存储材料中，C的原子百分比为1％～40％。

优选地，所述C掺杂Sc-Sb-Te相变存储材料中，C的原子百分比为5％～15％。

优选地，所述Sc-Sb₂Te₃相变材料中，Sc的原子百分比为1％～10％。

优选地，所述Sc-Sb₂Te₃相变材料中，Sc的原子百分比为3％～5％。

优选地，所述C掺杂Sc-Sb-Te相变存储材料中，C与Sc成键结合后共同构成所述C掺杂Sc-Sb-Te相变存储材料的成核中心。

优选地，所述C掺杂Sc-Sb-Te相变存储材料在外部能量的作用下可实现高电阻态与低电阻态之间的可逆转变，且高电阻态与低电阻态的阻值比不小于两个数量级。