CN101546810B - 一种含锗锑硒的多级电阻转换存储材料及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种含锗锑硒的多级电阻转换存储材料及应用，其组分包括锗、锑、硒三种元素，其中锗、锑、硒三种元素的原子百分比依次为0.01～20∶70～99.9∶0.01～15；该材料可应用于电编程的电阻转换存储器等领域的制备；由于该锗锑硒合金材料的电阻率具有随温度变化的特性，从而可以应用到电阻转换存储器中，采用电信号或者激光改变器件的电阻，实现数据的存储功能。
Description
技术领域
本发明属存储材料及其在电阻转换存储器中的应用，特别是涉及一种含锗锑硒的多级电阻转换存储材料及应用。
背景技术
目前，存储器的种类主要包括：静态存储器(SRAM)、动态存储器(DRAM)、磁盘、闪存(Flash)、铁电存储器等。而其他存储器，例如相变存储器、电阻随机存储器、电探针存储系统等作为下一代存储器的候选者也受到了广泛的研究。
相变存储器和电阻随机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变化来实现数据“1”和“0”的存储，因为电阻有望通过电信号控制实现近似连续变化，故此类电阻转换存储器有望实现多级存储，从而大幅提高存储器的存储信息的能力。电阻转换存储器的优点还包括高速、高数据保持能力和低成本，具有广阔的市场。在相变存储器中，利用了器件中的相变材料在非晶(高电阻态)和多晶(低电阻态)之间的可逆转变来实现上述的电阻的变化。
目前，锑材料与半导体材料的化合物已经被发现拥有电阻(或者光学反射率)随温度的变化效应，并且已经作为存储介质在相变存储器(或者光盘)中得到了应用(T.Zhang等人，Applied Physics Letters 2007(91)：222102-1-3)。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种含锗锑硒的多级电阻转换存储材料及应用，由于该锗锑硒合金材料的电阻率具有随温度变化的特性，从而可以应用到电阻转换存储器中，采用电信号或者激光改变器件的电阻，实现数据的存储功能。
本发明的一种含锗锑硒的多级电阻转换存储材料，其组分包括锗、锑、硒三种元素，其中锗、锑、硒三种元素的原子百分比依次为0.01～20∶70～99.9∶0.01～15；
所述的含锗锑硒的多级电阻转换存储材料，其中锗、锑、硒三种元素的原子百分比依次为15∶85∶0.8；
所述的含锗锑硒的多级电阻转换存储材料，其中锗、锑、硒三种元素的原子百分比依次为15∶85∶1.5；
所述的含锗锑硒的多级电阻转换存储材料，其中锗、锑、硒三种元素的原子百分比依次为17∶83∶0.2。
本发明的一种含锗锑硒的多级电阻转换存储材料可应用于电编程的电阻转换存储器。
有益效果
(1)本发明的锗锑硒合金材料的电阻率具有随温度变化的特性，这种性能可以应用到电阻转换存储器中，采用电信号或者激光改变器件的电阻，从而实现数据的存储功能；
(2)当温度达到或者超过某两个特定温度时，该含锗锑硒的多级电阻转换存储材料的电阻率有两次剧烈的下降过程，通常高、中电阻率的差异超过一个数量级，中、低电阻率的差异为一个数量级左右；
(3)锗锑硒合金材料在电阻随温度和电压变化时其高低阻态之间有一个中间态，这就为其作为多级存储器提供了可能；
(4)锗锑硒合金材料的特点是与目前的半导体生产线完全兼容，不会给生产线引入污染以及不确定的因素，有助于降低生产成本。
附图说明
图1A为锗锑硒合金材料(锗含量约为15％原子比，硒含量约为0.8％原子比)的电阻随温度的变化曲线；
图1B为锗锑硒合金材料(锗含量约为15％原子比，硒含量约为1.5％原子比)的电阻随温度的变化曲线；
图1C为锗锑硒合金材料(锗含量约为15％原子比，硒含量约为0.8％原子比)在R-T测试第一次和第二次电阻骤降后的XRD图；
图2A为锗锑硒合金材料(锗含量约为17％原子比，硒含量约为0.2％原子比)的电阻随温度的变化曲线；
图3A为锗锑硒合金材料(锗含量约为17％原子比，硒含量约为6％原子比)的电阻随温度的变化曲线；
图3B为锗锑硒合金材料(锗含量约为17％原子比，硒含量约为12％原子比)的电阻随温度的变化曲线；
图4A为锗锑硒合金材料(锗含量约为15％原子比，硒含量约为0.8％原子比)脉冲宽度为150ns的SET测试；
图4B为锗锑硒合金材料(锗含量约为15％原子比，硒含量约为0.8％原子比)脉冲宽度为160ns的SET测试；
图4C为锗锑硒合金材料(锗含量约为15％原子比，硒含量约为0.8％原子比)脉冲宽度为180ns的SET测试；
图4D为锗锑硒合金材料(锗含量约为15％原子比，硒含量约为0.8％原子比)脉冲宽度为200ns的SET测试；
图4E为锗锑硒合金材料(锗含量约为15％原子比，硒含量约为0.8％原子比)脉冲宽度为250ns的SET测试。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1
本实施例中，作为多级电阻转换存储材料的含锗锑硒的合金，其中锗含量约为15％原子百分比，硒的含量约为0.8％原子百分比，锑含量约为85％原子百分比。
请参阅图1A和图1C，图1A为锗锑硒合金材料的电阻随温度变化曲线(R-T)，其中实心曲线是升温过程，空心曲线是降温过程。从图1A中可见，当合金材料中锗含量约为15％原子比、硒含量约为0.8％原子比时，合金在升温过程中出现了两次电阻骤降的过程，合金的第一结晶温度约为532K，第二结晶温度约为612K，材料的高、中电阻值差异超过两个数量级，中、低电阻值差异大约为一个数量级。
图1C为上述锗锑硒合金材料在沉积态和R-T测试两次电阻骤降后的X射线衍射图。根据图1C，材料在经过一次电阻骤降和两次电阻骤降后的结构有所不同，锗锑硒合金材料在经过第一次电阻骤降后呈现不完全结晶状态，而在经过第二次电阻骤降后呈现完全结晶状态。
实施例2
本实施例中，作为多级电阻转换存储材料的含锗锑硒的合金，其中锗含量约为15％原子百分比，硒的含量约为1.5％原子百分比，锑含量约为85％原子百分比。
请参阅图1B，图1B为锗锑硒合金材料的电阻随温度变化曲线(R-T)，其中实心曲线是升温过程，空心曲线是降温过程。从图1B中可见，当合金材料中锗含量约为15％原子比、硒含量约为1.5％原子比时，合金在升温过程中出现两次电阻骤降的过程，合金的第一结晶温度约为606K，第二结晶温度约为642K，材料的高、中电阻值差异超过两个数量级，中、低电阻值差异大约为一个数量级。
实施例3
本实施例中，作为多级电阻转换存储材料的含锗锑硒的合金，其中锗含量约为17％原子百分比，硒的含量约为0.2％原子百分比，锑含量约为83％原子百分比。
请参阅图2A，图2A为锗锑硒合金材料的电阻随温度变化曲线(R-T)，其中实心曲线是升温过程，空心曲线是降温过程。从图2A中可见，当合金材料中锗含量约为17％原子比、硒含量约为0.2％原子比时，合金在升温过程中出现两次电阻骤降的过程，合金的第一结晶温度约为638K，第二结晶温度约为688K，材料的高、中电阻值差异超过两个数量级，中、低电阻值差异大约为一个数量级。
实施例4
本实施例中，作为多级电阻转换存储材料的含锗锑硒的合金，其中锗含量约为17％原子百分比，硒的含量分别约为6％和12％原子百分比，锑含量约为83％原子百分比。
请参阅图3A和图3B，图3A为锗锑硒合金材料的电阻随温度变化曲线(R-T)，其中实心曲线是升温过程，空心曲线是降温过程。从图3A中可见，当合金材料中锗含量约为17％原子比、硒含量约为6％原子比时，合金在升温过程中出现两次电阻骤降的过程，合金的第一结晶温度约为646K，第二结晶温度约为690K，材料的高、中电阻值差异超过两个数量级，中、低电阻值差异大约为一个数量级。图3B为锗锑硒合金材料的电阻随温度变化曲线(R-T)，其中实心曲线是升温过程，空心曲线是降温过程。从图3B中可见，当合金材料中锗含量约为17％原子比、硒含量约为12％原子比时，合金在升温过程中出现两次电阻骤降的过程，合金的第一结晶温度约为650K，第二结晶温度约为692K，材料的高、中电阻值差异大约三个数量级，中、低电阻值差异大约为一个数量级。
实施例5
本实施例中，作为多级电阻转换存储材料的含锗锑硒的合金，其中锗含量约为15％原子百分比，硒的含量约为0.8％原子百分比，锑含量约为85％原子百分比。
请参阅图4A至图4E，这五幅图均为基于锗锑硒合金材料的器件的R-V测试图。从图中可以看到，当脉冲宽度从150ns增加到250ns时，器件的在2V左右有一个电阻骤降的过程(从起始电阻100k左右降至几k)。但是随着电压的继续增加，器件电阻仍在持续下降，最后电阻会降至几十欧姆。这说明器件在电压增加时分为两个电阻下降的过程，高、中电阻值差异超过一个数量级，中、低电阻值差异大约为两个数量级。
Claims (2)
1.一种含锗锑硒的多级电阻转换存储材料，其组分由锗、锑、硒三种元素组成，其中锗、锑、硒三种元素的原子百分比依次为0.01～20∶70～99.9∶0.01～15。
2.一种如权利要求1所述的含锗锑硒的多级电阻转换存储材料应用于电编程的电阻转换存储器。
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