[发明专利]一种相变异质结薄膜、相变存储器及其制备方法

说明书

本发明公开一种相变异质结薄膜、相变存储器及其制备方法。所述相变异质结薄膜包括交替层叠的结构相变层和结构稳定层；其中，所述结构相变层为立方相的M_xSb₂Te₃层，所述结构稳定层为六方相的Ti_yTe_1‑y层，M为钪元素、钇元素中的一种。本发明基于由立方相的M_xSb₂Te₃结构相变层以及六方相的Ti_yTe_1‑y结构稳定层交替堆叠生长而形成的相变异质结薄膜具有更快的操作速度，更低的操作功耗，以及更好的疲劳循环寿命。同时还可以具有作为异质结材料共有的性能优点，即在更弱的原子扩散条件下的极低的阻值漂移特性和阻值波动性。

技术领域

本发明涉及半导体材料领域，尤其涉及一种相变异质结薄膜、相变存储器及其制备方法。

背景技术

存储器是目前半导体市场的重要组成部分，是信息技术的基石，无论在生活中还是在国民经济中发挥着重要的作用。随着科技的发展，数据量急剧增加，迫切需要高速、高密度、低功耗的非易失性存储器设备；其中，相变存储器由于具有高速读取、高可擦写次数、非易失性、元件尺寸小、功耗低、抗强震动和抗辐射等优点，在高速与海量信息存储方面有巨大的潜能，是新型存储技术中最有力的竞争者，被国际半导体工业协会认为最有可能取代目前的闪存存储器而成为未来存储器主流产品的器件和最先成为商用产品的器件。

相变存储器的基本原理是利用器件中存储材料在高电阻和低电阻之间的可逆转变来实现“1”和“0”的存储。通过利用电信号控制存储材料高电阻的连续变化可以实现多级存储，从而大幅提高存储器的信息存储能力。在相变存储器中，利用了相变材料在非晶和多晶之间的可逆转变来实现上述的电阻变化。

常用的相变存储材料体系主要是碲基材料，如Ge-Sb-Te(简写为GST)、Si-Sb-Te、Ag-In-Sb-Te等。特别是GST已经广泛应用于相变光盘和相变存储器。但也存在如下问题：1)写操作速度慢，相变速度有待进一步提高；2)擦操作功耗高，不利于存储密度的提升，鉴于这些缺点，需要探索具有更好性能的存储材料。

因此，现有技术仍有待于改进和发展。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种相变异质结薄膜、相变存储器及其制备方法，旨在解决现有相变存储器的可用性较低的技术问题。

本发明的技术方案如下：

本发明的第一方面，提供一种相变异质结薄膜，其中，所述相变异质结薄膜包括交替层叠的结构相变层和结构稳定层；其中，所述结构相变层为立方相的M_xSb₂Te₃层，所述结构稳定层为六方相的Ti_yTe_1-y层，M为钪元素、钇元素中的一种。

可选地，0.1≤x≤1.6，0.3≤y≤0.5。

可选地，所述结构相变层的厚度为4～10nm；所述结构稳定层的厚度为3～9nm。

可选地，所述相变异质结薄膜包括N+1层所述结构相变层和N层所述结构稳定层，所述相变异质结薄膜的底层和顶层均为结构相变层；其中，N≥2。

可选地，所述相变异质结薄膜的总厚度小于等于90nm。

本发明的第二方面，提供一种相变存储器，包括底电极、顶电极和相变材料层，所述相变材料层位于所述底电极和所述顶电极之间，其中，所述相变材料层为本发明所述的相变异质结薄膜。

可选地，所述相变存储器为限制型结构或者T型结构。

可选地，所述顶电极的材料为Al、W、TiN中的一种；所述底电极的材料为Al、W、TiN中的一种；