CN103050621B - 用于相变存储器的相变材料 - Google Patents

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本发明提供一种用于相变存储器的相变材料，所述相变材料由Al，Sb，Te元素组成的通式为Al100-x-ySbxTey的材料，其中，40≤x＜100，y＜60。本发明提供的Al-Sb-Te系列相变材料作为相变存储器中的存储介质，可以在电信号作用下实现高低阻值之间的转换。基于Al-Sb-Te系列相变材料的相变存储器在电信号的操作下，低阻阻值大于基于Ge-Sb-Te传统相变材料的器件低阻值，满足了低功耗的需求。并且Al-Sb-Te基相变存储器在循环擦写107次之后仍维持了正常的高低阻差别，体现出器件的循环使用寿命长。本发明的富Sb的Al-Sb-Te材料在结晶状态下的没有产生不稳定的Te元素分相，保障了该材料反复相变之后的均匀性，有益于提高基于该材料的相变存储器的循环操作寿命。

Description

用于相变存储器的相变材料
技术领域
本发明涉及半导体制造材料领域，特别是涉及用于制造电阻转换相变存储器的存储介质材料。
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。目前，存储器的存储产品主要有：闪存，磁盘、动态存储器，静态存储器等。其他非易失性技术：铁电体RAM、磁性RAM、碳纳米管RAM、电阻式RAM、铜RAM(Copper Bridge)、全息存储、单电子存储、分子存储、聚合物存储、赛道存储(RacetrackMemory)、探测存储(Probe Memory)等作为下一代存储器的候选者也受到了广泛的研究。这些技术各有各的特色，但大都还处于理论研究或者初级试验阶段，距离大范围实用还非常遥远。而目前相变存储器已经走出实验室，走向了市场。继Numonyx宣布出货Omneo系列相变存储芯片后，三星也宣布推出了首款多芯片封装512Mbit相变存储颗粒产品。目前对相变存储器的期望是取代消费电子领域中的NOR型闪存。
相变存储器的基本原理是利用期间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实现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、Si-Sb-Te、Ag-In-Sb-Te等。特别是GST(Ge-Sb-Te)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，结晶温度较低，芯片陈列中相邻单元串扰问题严重，面临着数据丢失的危险，制约了其应用领域；2，热稳定性不好，数据保持力得不到保证；3，相变速度有待进一步提高，有研究表明基于GST的相变存储器实现稳定RESET操作的电脉冲至少为500纳秒，无法满足动态随机存储器的速度要求。这需要探索具有更快相变速度的存储材料。
Al-Sb-Te系列材料作为相变存储材料到目前为止还未被深入的研究。相比传统的Ge-Sb-Te材料，Al-Sb-Te具有更好的热稳定性，更快的相转变速度和更小的操作电流等优点。但是，如何提供一种在结晶状态下的不产生不稳定的Te元素分相，保障了该材料反复相变之后的均匀性，有益于提高基于该材料的相变存储器的循环操作寿命的相变材料，是当前技术领域需要解决的问题。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种用于相变存储器的相变材料，以使其具有更简单的晶态相组成，能够抑制不稳定Te分相的出现，有益于提高此材料反复相变之后的元素均匀性，提升基于Al-Sb-Te材料的存储器的循环操作寿命。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种用于相变存储器的相变材料，所述相变材料由Al，Sb，Te元素组成的通式为Al100-x-ySbxTey的材料，其中，40≤x＜100，y＜60。
优选地，所述Al100-x-ySbxTey材料中，Sb与Te的原子数之比大于2∶3，所述Al100-x-ySbxTey材料为富Sb的Al-Sb-Te材料，所述富Sb的Al-Sb-Te材料在结晶状态下的没有产生不稳定的Te元素分相。
优选地，所述Al100-x-ySbxTey材料通过物理气相沉积、化学气相沉积、电镀、溶胶凝胶、或金属有机物沉积手段制备。
如上所述，本发明的用于相变存储器的相变材料，具有以下有益效果：本发明提供的Al-Sb-Te系列相变材料作为相变存储器中的存储介质，可以在电信号作用下实现高低阻值之间的转换。基于Al-Sb-Te系列相变材料的相变存储器在电信号的操作下，低阻阻值大于基于Ge-Sb-Te传统相变材料的器件低阻值，满足了低功耗的需求。并且Al-Sb-Te基相变存储器在循环擦写107次之后仍维持了正常的高低阻差别，体现出器件的循环使用寿命长。富Sb的Al-Sb-Te材料在结晶状态下的没有产生不稳定的Te元素分相，保障了该材料反复相变之后的均匀性，有益于提高基于该材料的相变存储器的循环操作寿命。
附图说明
图1显示为本发明的富Sb的Al-Sb-Te材料在高温退火之后的XRD分析示意图。
图2显示为富Te的Al-Sb-Te材料在高温退火之后的XRD分析示意图。
图3显示为基于富Te的Al-Sb-Te材料的相变存储器的电操作示意图。
图4显示为基于本发明的富Sb的Al-Sb-Te材料的相变存储器的疲劳曲线示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
本发明提供一种用于相变存储器的相变材料，所述相变材料由Al，Sb，Te元素组成的通式为Al100-x-ySbxTey的材料，其中，40≤x＜100，y＜60。优选地，所述Al100-x-ySbxTey材料中，Sb与Te的原子数之比大于2∶3，所述Al100-x-ySbxTey材料为富Sb的Al-Sb-Te材料，且所述富Sb的Al-Sb-Te材料在结晶状态下的没有产生不稳定的Te元素分相。
所述Al100-x-ySbxTey材料在电信号操作下可以实现高低阻值的反复转换，并在没有操作信号的情况下维持阻值不变。
优选地，所述Al100-x-ySbxTey材料通过物理气相沉积、化学气相沉积、电镀、溶胶凝胶、或金属有机物沉积等手段制备。
请参阅图1，显示为本发明的富Sb的Al-Sb-Te材料在高温退火之后的XRD分析示意图。如图所示，晶态的富Sb的Al-Sb-Te材料中含Al2Te3和Sb2Te3结晶相，并未出现Te分相，换言之，作为存储介质的相变材料Al100-x-ySbxTey处于晶态时不出现不稳定的Te元素分相。
请参阅图2，图2显示为富Te的Al-Sb-Te材料在高温退火之后的XRD分析示意图。如图所示，晶态的富Te的Al-Sb-Te材料中含Te和Sb2Te3结晶相。富Te的Al-Sb-Te材料中Te元素的相分离会导致该材料均匀性下降，影响该相变材料所制备成的相变存储器的操作参数的一致性和循环操作的稳定性，是不利的表现。Sb-Te合金相图显示当Sb和Te原子数目比为2∶3时，该合金能形成一个稳定的相。Sb2Te3是Sb-Te体系中不出现Te元素偏析但是Te元素含量最高的合金。所以我们确定了合适的Al-Sb-Te相变材料中Sb和Te元素的原子数目比应该大于等于2∶3。
请参阅图3，图3显示为基于富Te的Al-Sb-Te材料的相变存储器的电操作示意图。如图所示，本发明的富Te的Al-Sb-Te材料的相变存储器能在电脉冲操作下进行104以上的擦写操作，基于Al-Sb-Te材料的相变存储器低阻态电阻(104欧姆)高于基于传统Ge-Sb-Te材料的相变存储器的低阻(103欧姆)，降低了写操作所需的电流，以利于降低功耗。
请参阅图4，图4显示为基于本发明的富Sb的Al-Sb-Te材料的相变存储器的疲劳曲线示意图。如图所示，基于富Sb的Al-Sb-Te材料的相变存储器能在电脉冲操作下进行107以上的擦写操作，明显优于基于富Te的Al-Sb-Te材料的相变存储器。在107次循环或者更高的循环操作之后仍有明显的高低电阻阻值差异，保证器件的循环寿命长。
综上所述，本发明提供的Al-Sb-Te系列相变材料作为相变存储器中的存储介质，可以在电信号作用下实现高低阻值之间的转换。基于Al-Sb-Te系列相变材料的相变存储器在电信号的操作下，低阻阻值大于基于Ge-Sb-Te传统相变材料的器件低阻值，满足了低功耗的需求。并且Al-Sb-Te基相变存储器在循环擦写107次之后仍维持了正常的高低阻差别，体现出器件的循环使用寿命长。富Sb的Al-Sb-Te材料在结晶状态下的没有产生不稳定的Te元素分相，保障了该材料反复相变之后的均匀性，有益于提高基于该材料的相变存储器的循环操作寿命。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (1)

1.一种用于相变存储器的相变材料，其特征在于：所述相变材料由Al，Sb，Te元素组成的通式为Al100-x-y SbxTey的材料，其中，40≤x＜100，y＜60；所述Al100-x-y SbxTey材料中，Sb与Te的原子数之比大于2:3；所述Al100-x-y SbxTey材料为富Sb的Al-Sb-Te材料；所述富Sb的Al-Sb-Te材料在结晶状态下的没有产生不稳定的Te元素分相；所述Al100-x-y SbxTey材料通过物理气相沉积、化学气相沉积、电镀、溶胶凝胶、或金属有机物沉积手段制备。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN101055740A (zh) * 1998-09-09 2007-10-17 三菱化学媒体株式会社 光学信息记录媒体
CN102134698A (zh) * 2010-12-31 2011-07-27 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 用于相变存储器的Al-Sb-Te系列相变材料及其制备方法

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