[发明专利]用于光电混合相变存储器的相变材料，其制备方法及光电混合相变存储器

说明书

本发明公开了一种用于光电混合相变存储器的相变材料，其制备方法以及包含该相变材料的光电混合相变存储器。所述相变材料为Cr,C共掺杂Sb₂Te₁化合物，其通式为Cr_xC_y(Sb₂Te₁)_100‑x‑y，其中x、y指元素的原子百分比，且满足：0x15、0y10。本发明的用于光电混合相变存储器的相变材料，不仅继承了Sb₂Te₁作为相变材料优异的高速等综合性能，而且提高了结晶温度，更进一步提高了热稳定性，具有较快的相变速度和更好的高温数据保持能力，非常适合用于光电混合相变存储器。

技术领域

本发明涉及光电混合相变存储器技术领域，具体涉及一种用于光电混合相变存储器的相变材料，其制备方法以及光电混合相变存储器。

背景技术

在半导体市场中，存储器占有重要的地位。利用相变薄膜材料作为存储介质的相变存储器(PCRAM)被认为是最有潜力的下一代非易失性存储器。PCRAM是基于S.R.Ovshinsky在20世纪60年代末、70年代初提出的奥弗辛斯基电子效应的存储器，其关键材料包括作为存储介质的相变薄膜、加热电极材料、绝缘材料和引出电极材料等。PCRAM的基本原理是：施加电学脉冲信号于器件单元，使相变材料在非晶态与晶态之间产生可逆转变，利用材料在高电阻值的非晶态和低电阻值的晶态之间的电阻差异来实现数据存储。Ovshinsky于1992年提出了基于电学信号的可擦写相变存储器的专利(美国专利，专利号：5166758)，以硫系化合物Ge-Sb-Te合金薄膜作为PCRAM的存储介质。直至目前，用于PCRAM的典型材料仍为硫系化合物合金Ge-Sb-Te薄膜，其中以Ge₂Sb₂Te₅应用最广，即Ge、Sb、Te三种元素成分的原子比为2:2:5。

存储器的研究一直朝着高速、高密度、低功耗、高可靠性的方向发展。从PCRAM的基本操作原理来看，PCRAM的擦除过程涉及相变材料的结晶，所需时间往往在几十甚至几百纳秒，是制约其速度的瓶颈所在。目前被用来诱导相变材料结晶的实验方法包括热退火、激光诱导和电脉冲诱导，热退火仅限于实验室研究相变材料的基本结晶性能时使用，结晶充分，但所耗时间非常长(秒级别以上)；利用激光诱导相变材料发生结晶可以在纳秒、皮秒甚至飞秒量级时间内完成，但是结晶前后相变材料的光学性能差异太小，信息存储的载噪比很低；而利用脉冲电信号诱导相变材料发生结晶，结晶前后相变材料的电学性能差异非常大，可获得很高的信息存储载噪比，但是发生结晶的时间相对较长(几十纳秒级别以上)，无法满足超高速存储要求。如果利用激光诱导相变实现信息的写入和擦除，而利用测量相变材料的电阻变化可实现信息的准确无误读出，这就是本专利发明人提出的所谓光写入、电读出的光电混合相变存储器技术(中国专利，公开号：CN103559909A)，借此可充分发挥传统意义的光存储和电存储的各自优势，实现超高速存储的目的。

针对光电混合相变存储技术的要求，需要重点开发新型相变材料，筛选出能够满足高速光致相变、相变前后电阻差异大和高热稳定性的相变材料体系和组分。对于传统的PCRAM存储介质材料Ge₂Sb₂Te₅，仍然存在着不能忽视的缺点：结晶温度较低(≈170℃)，使高密度PCRAM芯片相邻单元的热串扰问题难以避免；热稳定性差，无法满足汽车电子等领域的高温数据保持力的要求—在120℃下数据能够保持10年以上；而且，其在器件中的功耗和擦写速度(几十纳秒以上)仍然需要进一步改善。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可以提高光电混合相变存储器的编程速度、器件热稳定性和数据保持力的相变材料。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

本发明第一方面提供了一种用于光电混合相变存储器的相变材料，所述相变材料为Cr,C共掺杂Sb₂Te₁化合物。