[发明专利]一种基于氧化物离子注入的选通材料、选通器单元及其制备方法

说明书

本发明提供一种基于氧化物离子注入的选通材料、选通器单元及其制备方法，所述选通材料的化学通式为M_xO_yAs_z，其中，M是包括但不限于Hf、Ti、Ta或Zr中的任意一种元素，x、y、z均指元素的原子百分比，且满足x+y+z＝100,同时20x30，40y60，5z30。本发明所提供的基于所述选通材料的选通器单元，具有驱动电流高、阈值电压低、开启速度快和开关比大等优点，为三维高密度存储的实现奠定可靠的器件基础。

技术领域

本发明属与微电子技术领域，特别涉及一种基于氧化物离子注入的选通材料、选通器单元及其制备方法。

背景技术

存储器作为集成电路三大芯片之一，在全球半导体市场中始终占据着重要的地位。发展下一代新型的高密度存储芯片，满足存储级内存的应用要求，关键在于获取高性能的存储材料和选通材料以及可实现三维堆叠的新型器件结构。其中，最具规模量产潜力的新型相变存储器和阻变存储器，都需要一种性能优异的选通器件，来承担“开关”的角色，对存储单元进行选通操作。

一个完整的存储阵列包含存储器单元和选通器单元两部分。选通管提供驱动电流使存储材料发生转变从而实现信息存储。目前，各类新型存储材料的研究已趋于成熟，而选通单元的研发仍显不足。因此，存储器的容量与密度主要受限于选通管的大小、能否实现三维集成及其电流驱动能力。当前，能实现三维集成的选通管主要有氧化物二极管、混合离子导电选通管，阈值转变开关等。选通器的基本工作原理是：利用外部电激励来控制选通器件的开关。当施加电激励于选通器件单元，使选通材料由高阻态向低阻态转变，此时器件处于开启状态；而当撤去电激励时，材料又由低阻态转变回高阻态，此时器件处于关断状态。其研究方向主要是以期实现大的驱动电流、高开关比、低阈值电压、长寿命和高可靠性等特点。

对于传统氧化物材料，其阈值电压较高，从而导致其他性能如寿命和可靠性受到严重制约。此外，对于新型存储器件，如相变存储器，所需的操作电流要求在mA量级，而一般的选通器件很难达到如此高的开态电流。因此，通过材料优化工程的方式，降低选通单元阈值电压，增大开关比，延长寿命和提高可靠性，成为本领域技术人员亟待解决的问题。

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基于氧化物的离子注入的选通材料、选通器单元及其制备方法，以改善现有技术中选通器驱动电流低、开关比小、阈值电压高、寿命短等一系列关键问题。

为实现上述目的及其他相关指标，本发明提供一种基于氧化物离子注入的选通材料，所述选通材料的化学通式为M_xO_yAs_z，其中，M是包括但不限定Hf、Ti、Ta或Zr中的任意一种元素，x、y、z均指元素的原子百分比，且满足x+y+z＝100,同时20x30，40y60，5z30。

可选地，在所述化学通式M_xO_yAs_z中，满足5＜z≤18。

可选地，在所述化学通式M_xO_yAs_z中，满足18＜z≤25。

可选地，在所述化学通式M_xO_yAs_z中，满足25＜z＜30。

本发明还提供了一种如上述任意一项所述选通材料的制备方法，包括以下步骤：1)形成氧化物；2)通过离子注入法将As离子注入到所述氧化物中，制成化学通式为M_xO_yAs_z的选通材料，M是包括但不限定Hf、Ti、Ta或Zr中的任意一种元素，x、y、z均指元素的原子百分比，且满足x+y+z＝100,同时20x30，40y60，5z30。