本發(fā)明屬于微電子技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于選通驅(qū)動(dòng)器件的相變材料、選通驅(qū)動(dòng)器件及其制備方法。

背景技術(shù)：

相變存儲(chǔ)器技術(shù)是基于ovshinsky在20世紀(jì)60年代末70年代初提出的相變薄膜可以應(yīng)用于相變存儲(chǔ)介質(zhì)的構(gòu)想建立起來(lái)的，是一種價(jià)格便宜、性能穩(wěn)定的存儲(chǔ)器件。相變存儲(chǔ)器可以做在硅晶片襯底上，其關(guān)鍵材料是可記錄的相變薄膜、加熱電極材料、絕熱材料和引出電極材料等。相變存儲(chǔ)器的基本原理是利用電脈沖信號(hào)作用于器件單元上，使相變材料在非晶態(tài)與多晶態(tài)之間發(fā)生可逆相變，通過(guò)分辨非晶態(tài)時(shí)的高阻與多晶態(tài)時(shí)的低阻，可以實(shí)現(xiàn)信息的寫(xiě)入、擦除和讀出操作。

相變存儲(chǔ)器由于具有高速讀取、高可擦寫(xiě)次數(shù)、非易失性、元件尺寸小、功耗低、抗強(qiáng)震動(dòng)和抗輻射等優(yōu)點(diǎn)，被國(guó)際半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會(huì)認(rèn)為最有可能取代目前的閃存存儲(chǔ)器而成為未來(lái)存儲(chǔ)器主流產(chǎn)品和最先成為商用產(chǎn)品的器件。

存儲(chǔ)器的研究一直朝著高速、高密度、低功耗、高可靠性的方向發(fā)展。目前世界上從事相變存儲(chǔ)器研發(fā)工作的機(jī)構(gòu)大多數(shù)是半導(dǎo)體行業(yè)的大公司，他們關(guān)注的焦點(diǎn)都集中在如何實(shí)現(xiàn)相變存儲(chǔ)器的高密度，其中三維存儲(chǔ)就是最有效、最有發(fā)展前途的途徑之一。英特爾利用相變材料的ots特性，制備出了可實(shí)現(xiàn)三維存儲(chǔ)的相變材料選通驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)，并與相變材料有機(jī)集成，研制出兩層存儲(chǔ)芯片，容量達(dá)128gb，是目前相變存儲(chǔ)器最高容量，有望在ssd等領(lǐng)域獲得應(yīng)用。

相變材料的兩個(gè)典型特性是開(kāi)關(guān)特性(ots)和存儲(chǔ)特性(oms)，如圖1所示，在相變材料上施加電流，隨著電流增加，電壓快速增加，當(dāng)電壓升高到vth(相變臨界電壓)時(shí)，如果撤銷(xiāo)施加在相變材料上的電流，電壓也逐漸減小并消失，此時(shí)相變材料并未發(fā)生相變，其阻值將恢復(fù)到初始態(tài)，這一階段的相變材料特性就是ots特性，也就是說(shuō)施加電流或電壓于相變材料后，將產(chǎn)生一定的電流，發(fā)生導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)開(kāi)啟功能，而撤銷(xiāo)后電流或電壓后，相變材料恢復(fù)到初始的高阻態(tài)，實(shí)現(xiàn)關(guān)閉功能。如果繼續(xù)增加電流或電壓，并超過(guò)vth，那么相變材料上的電壓將發(fā)生突然的減小，說(shuō)明此時(shí)相變材料已發(fā)生相變，由非晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)，阻值大幅度降低，從而導(dǎo)致相變材料上的電壓快速下降，之后的電流與電壓基本呈現(xiàn)正比，此時(shí)的相變材料阻值不再發(fā)生較大變化，這一過(guò)程稱之為相變材料的存儲(chǔ)特性，即oms特性，由于已經(jīng)發(fā)生相變材料的結(jié)構(gòu)變化，此時(shí)撤銷(xiāo)電流，相變材料的阻值已無(wú)法恢復(fù)到初始高阻態(tài)，而是保持著低阻態(tài)，相變存儲(chǔ)器也正是利用相變材料的這兩個(gè)高阻態(tài)和低阻態(tài)實(shí)現(xiàn)信息的存儲(chǔ)功能。上述過(guò)程也稱為set過(guò)程，對(duì)應(yīng)電流為set電流，即實(shí)現(xiàn)相變材料結(jié)晶的電流。如果施加于相變材料一個(gè)較大電流，使其熔化，然后快速撤掉電流，使相變材料快速冷卻，重新回到高阻態(tài)，這一過(guò)程稱為reset過(guò)程，對(duì)應(yīng)電流為reset電流，即實(shí)現(xiàn)相變材料的非晶化的電流。相變材料電阻態(tài)的變化可通過(guò)施加一個(gè)較小電壓進(jìn)行讀取，以判斷存儲(chǔ)狀態(tài)，這一過(guò)程稱為讀取過(guò)程，對(duì)應(yīng)電壓為v讀。

傳統(tǒng)的相變材料在處于ots階段時(shí)，其電流非常小，一般為幾到幾十微安，這么低的電流作為選通驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)是無(wú)法滿足存儲(chǔ)單元相變材料的相變所需電流要求，因此，必須大幅度提高ots階段的電流密度，至少達(dá)到百微安量級(jí)；同時(shí)，如圖2所示，作為ots的相變材料，其相變臨界電壓vth2也有要求，即必須遠(yuǎn)大于存儲(chǔ)單元相變材料的vth1(一般為1.0-1.5v左右)，只有這樣，才會(huì)在ots開(kāi)啟時(shí)，既滿足oms相變材料的非晶與晶態(tài)的可逆相變過(guò)程(o→a→b→c→o)要求，又不會(huì)使ots相變材料發(fā)生相變，仍然保留在ots階段(o→d→o，不到達(dá)e和f)。因此，現(xiàn)有的相變材料存在相變臨界電壓vth較低及開(kāi)啟后的電流密度非常小的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種用于選通驅(qū)動(dòng)器件的相變材料、選通驅(qū)動(dòng)器件及其制備方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中的相變材料存在的相變臨界電壓較低及開(kāi)啟后的電流密度非常小的問(wèn)題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種用于選通驅(qū)動(dòng)器件的相變材料，所述用于選通驅(qū)動(dòng)器件的相變材料的通式為：y1-xasx，其中，y為包括至少一種第六主族元素的相變材料，0＜x≤0.3。

作為本發(fā)明的用于選通驅(qū)動(dòng)器件的相變材料的一種優(yōu)選方案，0.1≤x≤0.2。

作為本發(fā)明的用于選通驅(qū)動(dòng)器件的相變材料的一種優(yōu)選方案，y的通式為：a1-ybycz，其中，a選自至少一種第六主族元素，b選自至少一種第四主族元素，c為n或p，其中，0≤y≤0.5，0≤z≤1。

作為本發(fā)明的用于選通驅(qū)動(dòng)器件的相變材料的一種優(yōu)選方案，a選自se和/或te。

作為本發(fā)明的用于選通驅(qū)動(dòng)器件的相變材料的一種優(yōu)選方案，a選自se和te時(shí)，1:10≤se:te≤10:1。

作為本發(fā)明的用于選通驅(qū)動(dòng)器件的相變材料的一種優(yōu)選方案，b選自si和/或ge。

作為本發(fā)明的用于選通驅(qū)動(dòng)器件的相變材料的一種優(yōu)選方案，b選自si和ge時(shí)，1:10≤si:ge≤10:1。

作為本發(fā)明的用于選通驅(qū)動(dòng)器件的相變材料的一種優(yōu)選方案，y中包括ge、te及si，或包括ge、te、n及si，或包括si及te，或包括si、te及n，或包括ge、se及si，或包括ge、se、n及si。

本發(fā)明還提供一種如上述任一方案中所述的用于選通驅(qū)動(dòng)器件的相變材料的制備方法，采用離子注入法、濺射法、蒸發(fā)法、化學(xué)氣相沉積法、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法、低壓化學(xué)氣相沉積法、金屬化合物氣相沉積法、分子束外延法、原子氣相沉積法或原子層沉積法制備如上述任一方案中所述的用于選通驅(qū)動(dòng)器件的相變材料。

本發(fā)明還提供一種選通驅(qū)動(dòng)器件，所述選通驅(qū)動(dòng)器件包括如上述任一方案中所述的相變材料。

如上所述，本發(fā)明的用于選通驅(qū)動(dòng)器件的相變材料、選通驅(qū)動(dòng)器件及其制備方法，具有以下有益效果：本發(fā)明的所述用于選通驅(qū)動(dòng)器件的相變材料通過(guò)在相變材料中摻雜砷原子，可以在相變材料中形成導(dǎo)電通道，從而提高相變材料的相變臨界電壓及開(kāi)啟后的電流密度；當(dāng)所述相變材料用于選通驅(qū)動(dòng)器件時(shí)，利用相變材料的ots開(kāi)關(guān)特性實(shí)現(xiàn)開(kāi)啟和關(guān)閉，同時(shí)在選通驅(qū)動(dòng)器件開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，砷原子摻雜形成的導(dǎo)電通道可提供大的驅(qū)動(dòng)電流，用于驅(qū)動(dòng)相變存儲(chǔ)單元的相變以實(shí)現(xiàn)信息的存儲(chǔ)和擦除；使用所述相變材料的選通驅(qū)動(dòng)器件可以實(shí)現(xiàn)三維集成，從而大大提高存儲(chǔ)器的集成度和存儲(chǔ)密度。

附圖說(shuō)明

圖1顯示為相變材料的開(kāi)關(guān)特性(ots)和存儲(chǔ)特性(oms)。

圖2顯示為用于ots和oms的相變材料的相變臨界電壓關(guān)系示意圖。

具體實(shí)施方式

以下通過(guò)特定的具體實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書(shū)所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過(guò)另外不同的具體實(shí)施方式加以實(shí)施或應(yīng)用，本說(shuō)明書(shū)中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒(méi)有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。

需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說(shuō)明本發(fā)明的基本構(gòu)想，雖圖示中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的形態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局形態(tài)也可能更為復(fù)雜。實(shí)施例一

本發(fā)明提供一種用于選通驅(qū)動(dòng)器件的相變材料，所述用于選通驅(qū)動(dòng)器件的相變材料的通式為：y1-xasx，其中，y為包括至少一種第六主族元素的相變材料，0＜x≤0.3。

作為示例，x的取值可以根據(jù)實(shí)際需要選為0.05、0.1、0.15、0.2、0.25或0.3，優(yōu)選地，本實(shí)施例中，0.1≤x≤0.2。

作為示例，y的通式為：a1-ybycz，其中，a選自至少一種第六主族元素，b選自至少一種第四主族元素，c為n(氮)或p(磷)，其中，0≤y≤0.5，0≤z≤1。

作為示例，y的取值可以為0.1、0.2、0.3、0.4或0.5，z的取值可以為0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9或1。

在一示例中，a可以為se(硒)或te(碲)。

在另一示例中，a可以為se和te。se和te的原子比可以根據(jù)實(shí)際需要選為：1:10≤se:te≤10:1，優(yōu)選地，1:9≤se:te≤9:1，優(yōu)選地，1:8≤se:te≤8:1，優(yōu)選地，1:7≤se:te≤7:1，優(yōu)選地，1:6≤se:te≤6:1，優(yōu)選地，1:5≤se:te≤5:1，優(yōu)選地，1:4≤se:te≤4:1，優(yōu)選地，1:3≤se:te≤3:1，優(yōu)選地，1:2≤se:te≤2:1。

在一示例中，b可以為si(硅)或ge(鍺)。

在另一示例中，b可以為si和ge。si和ge的原子比可以根據(jù)實(shí)際需要選為：1:10≤si:ge≤10:1，優(yōu)選地，1:9≤si:ge≤9:1，優(yōu)選地，1:8≤si:ge≤8:1，優(yōu)選地，1:7≤si:ge≤7:1，優(yōu)選地，1:6≤si:ge≤6:1，優(yōu)選地，1:5≤si:ge≤5:1，優(yōu)選地，1:4≤si:ge≤4:1，優(yōu)選地，1:3≤si:ge≤3:1，優(yōu)選地，1:2≤si:ge≤2:1。

作為示例，y中可以包括ge、te及si，也可以包括ge、te、n及si，也可以包括si及te，也可以包括si、te及n，也可以包括ge、se及si，還可以包括ge、se、n及si。

本發(fā)明的所述用于選通驅(qū)動(dòng)器件的相變材料通過(guò)在相變材料中摻雜砷原子，可以在相變材料中形成導(dǎo)電通道，從而提高相變材料的相變臨界電壓較及開(kāi)啟后的電流密度；當(dāng)所述相變材料用于選通驅(qū)動(dòng)器件時(shí)，利用相變材料的ots開(kāi)關(guān)特性實(shí)現(xiàn)開(kāi)啟和關(guān)閉，同時(shí)在選通驅(qū)動(dòng)器件開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，砷原子摻雜形成的導(dǎo)電通道可提供大的驅(qū)動(dòng)電流，用于驅(qū)動(dòng)相變存儲(chǔ)單元的相變以實(shí)現(xiàn)信息的存儲(chǔ)和擦除；使用所述相變材料的選通驅(qū)動(dòng)器件可以實(shí)現(xiàn)三維集成，從而大大提高存儲(chǔ)器的集成度和存儲(chǔ)密度。

實(shí)施例二

本發(fā)明還提供一種用于選通驅(qū)動(dòng)器件的相變材料的制備方法，所述制備方法適于制備實(shí)施例一中所述的用于選通驅(qū)動(dòng)器件的相變材料，具體的，采用離子注入法、濺射法、蒸發(fā)法、化學(xué)氣相沉積法、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法、低壓化學(xué)氣相沉積法、金屬化合物氣相沉積法、分子束外延法、原子氣相沉積法或原子層沉積法中的至少一種方法制備如實(shí)施例一中所述的用于選通驅(qū)動(dòng)器件的相變材料。

作為示例，以采用磁控濺射法制備所述用于選通驅(qū)動(dòng)器件的相變材料為例，可以使用gete合金靶、si靶及as靶共濺射以得到包括ge、te、si及as的相變材料；可以使用getesi合金靶、si靶及as靶共濺射的同時(shí)通入n2(氮?dú)?，以得到包括ge、te、n、si及as的相變材料；可以使用si靶、te靶及as靶共濺射以得到包括si、te及as的相變材料；可以使用si靶、te靶及as靶共濺射的同時(shí)通入n2，以得到包括si、te、n及as的相變材料；可以使用gese合金靶、si靶及as靶共濺射的以得到包括ge、te、si及as的相變材料；還可以使用gese合金靶、si靶及as靶共濺射的同時(shí)通入n2，以得到包括ge、te、n、si及as的相變材料。

實(shí)施例三

本發(fā)明還提供一種選通驅(qū)動(dòng)器件，所述選通驅(qū)動(dòng)器件包括如實(shí)施例一中所述的相變材料。所述選通驅(qū)動(dòng)器件利用如實(shí)施例一中所述的相變材料的ots開(kāi)關(guān)特性實(shí)現(xiàn)開(kāi)啟和關(guān)閉，同時(shí)在選通驅(qū)動(dòng)器件開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，砷原子摻雜形成的導(dǎo)電通道可提供大的驅(qū)動(dòng)電流，用于驅(qū)動(dòng)相變存儲(chǔ)單元的相變以實(shí)現(xiàn)信息的存儲(chǔ)和擦除；使用所述相變材料的選通驅(qū)動(dòng)器件可以實(shí)現(xiàn)三維集成，從而大大提高存儲(chǔ)器的集成度和存儲(chǔ)密度。

綜上所述，本發(fā)明提供一種用于選通驅(qū)動(dòng)器件的相變材料、選通驅(qū)動(dòng)器件及其制備方法，所述用于選通驅(qū)動(dòng)器件的相變材料的通式為：y1-xasx，其中，y為包括至少一種第六主族元素的相變材料，0＜x≤0.3。本發(fā)明的所述用于選通驅(qū)動(dòng)器件的相變材料通過(guò)在相變材料中摻雜砷原子，可以在相變材料中形成導(dǎo)電通道，從而提高相變材料的相變臨界電壓及開(kāi)啟后的電流密度；當(dāng)所述相變材料用于選通驅(qū)動(dòng)器件時(shí)，利用相變材料的ots開(kāi)關(guān)特性實(shí)現(xiàn)開(kāi)啟和關(guān)閉，同時(shí)在選通驅(qū)動(dòng)器件開(kāi)啟狀態(tài)時(shí)，砷原子摻雜形成的導(dǎo)電通道可提供大的驅(qū)動(dòng)電流，用于驅(qū)動(dòng)相變存儲(chǔ)單元的相變以實(shí)現(xiàn)信息的存儲(chǔ)和擦除；使用所述相變材料的選通驅(qū)動(dòng)器件可以實(shí)現(xiàn)三維集成，從而大大提高存儲(chǔ)器的集成度和存儲(chǔ)密度。

上述實(shí)施例僅例示性說(shuō)明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。