[发明专利]一种高传输速度基于GeSbTe相变材料的薄膜器件

说明书

本发明公开了一种高传输速度基于GeSbTe相变材料的薄膜器件，包括依次设置的衬底层、下电极层、第一GeSbTe材料层、二硫化钼层、第二GeSbTe材料层、石墨烯层、上电极层和保护层，二硫化钼层为复合层状结构，二硫化钼层包括上MoS₂膜层、夹心MoS₂膜层和下MoS₂膜层，上MoS₂膜层、下MoS₂膜层是通过磁控溅射方式形式的2H相MoS₂膜层，夹心MoS₂膜层是通过化学液相剥离后涂覆形成的2H‑1T共相MoS₂膜层。本发明的改进型基于GeSbTe相变材料的薄膜器件具有传输速度快、产品一致性好和使用寿命长特点。

技术领域

本发明涉及相变存储领域，特别是一种多层材料性能互补的叠层型相变薄膜器件。

背景技术

相变存储器（PRAM）作为非易失性的存储技术，具有抗强震动、抗辐射的特点，具有广泛的应用前景。GeSbTe存储材料是目前该箱变存储器材料的研究热点。

针对传统GeSbTe存储材料在制备过程采用TiN形成合金还是采用Zn掺杂的方式，存在不可控性，中国发明专利CN106374045A公开一种基于GeSbTe相变材料的薄膜器件，包括衬底层、下电极层、第一GeSbTe材料层、二硫化钼层、第二GeSbTe材料层、石墨烯层、上电极层和保护层，第一GeSbTe材料层为离子掺杂的GeSbTe相变材料层，第二GeSbTe材料层为纯相的GeSbTe相变材料，具有热稳定性高、一致性好、相变速度快和使用寿命长特点。

但是，在该技术方案中，主要是通过发挥二硫化钼在高温时的增摩作用与第二GeSbTe材料层协同作用形成阻变相变材料层提高其产品的一致性，通过二硫化钼存在二硫化钼、三硫化钼和三氧化钼的共聚物当温度急剧升高时共聚物中的三氧化钼颗粒随着升温而膨胀实现其快速相变。同时，在该方案中，二硫化钼层是采用磁控溅射方式沉积形成的，CVD法得到的二硫化钼为2H相（空间群，P63/mmc），结构非常稳定，，是直接带隙半导体，电流开关比高达10¹⁰的数量级，但是迁移率只有200cm².V^-1.s^-1，无法进一步提升高速传输速率。

发明内容

本发明的最主要目的在于提供了一种高传输速度基于GeSbTe相变材料的薄膜器件，具有传输速度快、产品一致性好和使用寿命长特点。

本发明可以通过以下技术方案来实现：

本发明公开了一种高传输速度基于GeSbTe相变材料的薄膜器件，包括衬底层、下电极层、第一GeSbTe材料层、二硫化钼层、第二GeSbTe材料层、石墨烯层、上电极层和保护层，下电极层、第一GeSbTe材料层、二硫化钼层、第二GeSbTe材料层、石墨烯层、上电极层、保护层依次设置叠加在为衬底层上，二硫化钼层为复合层状结构，二硫化钼层包括上MoS₂膜层、夹心MoS₂膜层和下MoS₂膜层，上MoS₂膜层、下MoS₂膜层是通过磁控溅射方式形式的2H相MoS₂膜层，夹心MoS₂膜层是通过化学液相剥离后涂覆形成的2H-1T共相MoS₂膜层。

进一步地，上MoS₂膜层、下MoS₂膜层为TiN- MoS₂/Ti膜层或TiN- MoS₂/TiN膜层。通过设置掺杂膜层，提升二硫化钼层与GST层的相容性保证其结合的紧密程度，同时避免高温氧化或硫化对于二硫化钼层性能的劣化。

进一步地，上MoS₂膜层、夹心MoS2膜层、下MoS₂膜层的厚度比例为1:2:1。既保持原有的开关特性，又充分提升传输的速度。