[发明专利]一种相变材料、相变材料的制备方法和相变存储器

说明书

本申请提供一种相变材料、相变材料的制备方法和相变存储器，该相变材料是由碳、铋、锑和碲四种元素组成，相变材料的通式为C_xBi_0.5Sb_1.5Te₃，其中0.01X5，所述相变材料由Bi_0.5Sb_1.5Te₃进行C掺杂制备形成，采用本申请提供的相变材料制成的相变存储器高低电阻转换较快，循环性能较好。

技术领域

本申请涉及半导体制造材料技术领域，特别涉及一种相变材料、相变 材料的制备方法和相变存储器。

背景技术

近年来，智慧城市及物联网的建设浪潮带来了市场对低功耗存储器更 殷切的需求，例如自然灾害检测监测和环境污染监测等领域。物联网应用 的主要局限在于供电和功耗，电池的频繁更换导致的维护成本提升，甚至 超过了物联网节点设备本身的价格，限制了其应用范围和寿命。为了有更 方便的续航方式和更长的使用寿命，越来越多的物联网设备采用了微小能 量收集方案，采用热电转换或者太阳能技术从环境中获取能量，为维持系统长时间运行提供保障。热电池或太阳能电池的供电电压仅为0.3V～0.6V， 接近甚至低于常用工艺的阈值电压，需要利用特别设计的升压转换器进行 多步升压，之后才能为设备进行供电。而升压幅度越大，升压转换器就越 复杂，伴随着更高的自身能耗，降低了能量转换效率和设备的续航能力。 采用低压低功耗存储器不仅有利于减少升压过程中的能量损耗，同时也能 降低系统对能量的需求，对保证终端设备长时间续航，对拓宽物联网应用 领域具有十分重要的意义。

相变存储是一种非易失存储技术，具有操作速度快，单元尺寸小，循 环寿命长，微缩特性好，以及与互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)工艺兼容等优势，并具有多值存储能 力，已经成功应用于独立式存储，嵌入式存储，以及类脑芯片。相变材料 作为相变存储器的存储介质，在非晶态体现高电阻，而在晶态则体现低电 阻。通过施加低强度长脉宽的电信号，可以将相变材料加热至结晶温度之 上，并提供足够的时间使其完成结晶，从而实现存储单元由高电阻到低电 阻的转变，这一过程也被称为设置(Set)操作。当施加高强度短脉冲时， 相变材料温度将达到熔点以上，电脉冲过后的淬火过程使相变材料保持在 非晶状态，从而实现了存储单元电阻由低到高的转变，此过程也被称为重 置(Reset)操作。Reset操作需要使相变材料熔化，加热所需达到的温度在熔点之上，远高于Set过程所需达到的结晶温度，因而Reset能量消耗 也远高于Set操作，是限制相变存储器功耗降低的瓶颈。因此，降低Reset 过程的能量消耗是取得低功耗相变存储器的关键。