[发明专利]相变薄膜、相变存储单元及其制备方法及相变存储器

说明书

本发明提供一种相变薄膜、相变存储单元及其制备方法及相变存储器，相变薄膜包括：至少一层Ge‑Sb‑Te层；至少一层C层；至少一层界面层，界面层位于相邻的Ge‑Sb‑Te层与C层之间并与二者相接触，界面层的成分包括C掺杂的Ge‑Sb‑Te。本发明的界面层，通过诱导部分C原子扩散进入Ge‑Sb‑Te层纳米层并取代Ge‑Sb‑Te层中的部分的Ge、Sb、Te元素，从而在界面形成有序、稳定的C掺杂Ge‑Sb‑Te结构。此外，体系仍然具有超晶格体系特点，从而可以基于其有效的调控得到的相变薄膜材料的相变性能，相变薄膜体系可调控出两态或三态等的存储特性，本发明所提供的超晶格结构相变薄膜可应用于相变存储器中，具有结晶温度可调、晶态电阻以及多态存储等特点。

技术领域

本发明属于相变存储技术领域，特别是涉及一种相变薄膜、相变存储单元及其制备方法及相变存储器。

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。Ge-Sb-Te系材料，如Ge₂Sb₂Te₅，是目前大家公认的研究最多、最为成熟的相变材料，极为符合商用存储器的需求。

但是，Ge₂Sb₂Te₅等目前仍然有许多问题亟待解决，如熔点过高、结晶温度和晶态电阻较低以及难以实现多态存储等，使得其数据稳定性相对较差、存储速率较慢、能耗较高，这些问题阻碍了其进一步的产业化。

因此，如何提供一种相变薄膜、相变存储单元及其制备方法及相变存储器以解决现有技术中的上述问题实属必要。

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相变薄膜、相变存储单元及其制备方法及相变存储器，用于解决现有技术中相变材料薄膜相变温度、结晶温度、晶态电阻以及阻态稳定性等不理想以及难以实现多态存储等问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种相变薄膜，所述相变薄膜包括：

至少一层Ge-Sb-Te层；

至少一层C层；以及

至少一层界面层，所述界面层位于相邻的所述Ge-Sb-Te层与所述C层之间并与二者相接触，且所述界面层的成分包括C掺杂的Ge-Sb-Te。

作为本发明的一种可选方案，所述相变薄膜包括设置至少两层C层以及设置至少两层Ge-Sb-Te层中的至少一种，且所述C层与所述Ge-Sb-Te层交替排布。

作为本发明的一种可选方案，所述C掺杂的Ge-Sb-Te中包括C-Ge键、C-Sb键以及C-Te键；所述Ge-Sb-Te层包括Ge₂Sb₂Te₅层；所述相变薄膜在电脉冲作用下存在至少两个稳定的电阻态。

作为本发明的一种可选方案，所述界面层相对于所述Ge-Sb-Te层的相对厚度基于所述Ge-Sb-Te层和与所述Ge-Sb-Te层相接触的所述界面层的厚度和与所述C层的厚度的比设置。

作为本发明的一种可选方案，所述C层的厚度介于0.2nm-2nm之间，所述Ge-Sb-Te层和与所述Ge-Sb-Te层相接触的所述界面层的厚度之和介于5nm-15nm之间，所述相变薄膜的厚度小于200nm。

作为本发明的一种可选方案，所述C层的厚度小于等于1nm，且所述Ge-Sb-Te层和与所述Ge-Sb-Te层相接触的所述界面层的厚度之和大于等于8nm，所述相变薄膜在电脉冲作用下存在两个稳定的电阻态；或者，所述C层的厚度小于等于1nm，且所述Ge-Sb-Te层和与所述Ge-Sb-Te层相接触的所述界面层的厚度之和小于8nm，所述相变薄膜在电脉冲作用下存在三个稳定的电阻态。