金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料及制備方法和阻變單元器件的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及微電子領域，特別是涉及金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料及制備方法和阻變單元器件。
【背景技術】
[0002]阻變單元器件被認為是有希望的下一代高速、高密度、低功耗存儲器，受到學術界和工業(yè)界的廣泛關注。阻變單元器件的原理是用阻變材料作為存儲介質(zhì)，通過外部施加電脈沖，在阻變材料中發(fā)生氧空位導電通道或金屬導電絲的形成和斷裂，實現(xiàn)器件在高阻態(tài)和低阻態(tài)之間的可逆轉變，兩態(tài)之間的電阻差異用來存儲O和I信息。
[0003]鍺碲材料GeTe作為一種固體電解質(zhì)材料，具有高的離子遷移率，已初步應用于制備阻變存儲材料。但GeTe在150?200°C溫度下會發(fā)生從高電阻值的非晶態(tài)到低阻值的晶態(tài)的相變，熱穩(wěn)定性差，這將導致數(shù)據(jù)存儲的丟失或擾動以及能耗增高的問題。因此，如何提高鍺碲材料的晶化溫度從而提高實際應用價值顯得十分重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明實施例第一方面提供了一種金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料，該金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料具有較高的晶化溫度，非晶態(tài)的熱穩(wěn)定性好，阻變特性受熱擾動因素小，以解決現(xiàn)有鍺碲材料晶化溫度低導致實際應用價值差的問題。本發(fā)明實施例第二方面提供了一種金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料的制備方法，操作靈活，適用范圍廣。本發(fā)明實施例第三方面提供了一種阻變單元器件。
[0005]第一方面，本發(fā)明實施例提供了一種金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料，所述金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料的分子式為MxGeyTez，其中0〈x彡20，35彡y彡55，z=100-X-y，M為Ag、Al、Au、T1、W、Ta、Fe 或 Mn。
[0006]優(yōu)選地，所述金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料中存在M-Te鍵。
[0007]優(yōu)選地，所述金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料的分子式為Ag14Ge4tlTe46或AgieGe40Te440
[0008]優(yōu)選地，所述金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料的晶化溫度為200?350°C。
[0009]優(yōu)選地，所述金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料為薄膜材料。更優(yōu)選地，所述薄膜材料的厚度為5?lOOnm。
[0010]本發(fā)明實施例第一方面提供的金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料中通過金屬M的摻雜提聞了錯締基阻變存儲材料的晶化溫度從而提聞了錯締基阻變存儲材料非晶態(tài)的熱穩(wěn)定性，所述金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料阻變特性受熱擾動因素較小，解決了現(xiàn)有鍺碲材料晶化溫度低導致數(shù)據(jù)存儲的丟失或擾動以及能耗增高的問題。此外，所述金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料具有較高的離子遷移率。本發(fā)明實施例第一方面提供的金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料具有較高的實際應用價值。
[0011]第二方面，本發(fā)明實施例提供了一種金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料的制備方法，所述制備方法為通過磁控濺射法、化學氣相沉積法或電子束蒸鍍法制備金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料，所述金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料的分子式為MxGeyTez，其中0〈x ( 20，35 彡 y 彡 55，z=100-x-y, M 為 Ag、Al、Au、T1、W、Ta、Fe 或 Mn。
[0012]優(yōu)選地，所述金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料中存在M-Te鍵。
[0013]優(yōu)選地，所述金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料的分子式為Ag14Ge4tlTe46或AgieGe40Te440
[0014]優(yōu)選地，所述金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料的晶化溫度為200?350°C。
[0015]優(yōu)選地，所述金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料為薄膜材料。更優(yōu)選地，所述薄膜材料的厚度為5?lOOnm。
[0016]優(yōu)選地，所述磁控濺射法為在GeTe合金靶材貼M金屬箔片磁控濺射或采用GeTe合金靶材與M金屬靶材共濺射。所述GeTe合金靶材中Ge與Te的原子比為1:1。
[0017]優(yōu)選地，所述磁控濺射法中濺射功率為10?100W，濺射氬氣壓為0.25?0.85Pa。更優(yōu)選地，所述磁控濺射法中濺射功率為40W，濺射氬氣壓為0.5Pa。
[0018]本發(fā)明實施例第二方面提供的金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料的制備方法操作靈活，適用范圍廣。
[0019]本發(fā)明實施例第三方面提供了一種阻變單元器件，包括阻變存儲材料薄膜，非反應電極和反應電極，非反應電極和反應電極分別位于所述阻變存儲材料薄膜的兩側并均與所述阻變存儲材料薄膜接觸，所述阻變存儲材料薄膜的材質(zhì)為金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料，所述金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料的分子式為MxGeyTez，其中0〈x ^ 20,35 ^ y ^ 55，z=100-x-y, M 為 Ag、Al、Au、T1、W、Ta、Fe 或 Mn。
[0020]優(yōu)選地，所述金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料中存在M-Te鍵。
[0021 ] 優(yōu)選地，所述金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料的分子式為Ag14Ge4tlTe46或AgieGe40Te440
[0022]優(yōu)選地，所述金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料的晶化溫度為200?350°C。
[0023]優(yōu)選地，所述阻變存儲材料薄膜的厚度為5?lOOnm。
[0024]優(yōu)選地,所述反應電極的材質(zhì)為Cu、Al或Ag。優(yōu)選地,所述反應電極的厚度為10?300nm。
[0025]優(yōu)選地，所述非反應電極的材質(zhì)為Pt、Au、T1、W、Ta、Tiff, TiN或TaN。優(yōu)選地，所述非反應電極的厚度為10?300nm。
[0026]本發(fā)明實施例第三方面提供的阻變單元器件中采用的金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料具有較高的晶化溫度，該阻變單元器件熱穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)可靠性高，具有較高的實際應用價值。
[0027]本發(fā)明實施例第一方面提供了一種金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料，該金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料具有較高的晶化溫度，非晶態(tài)的熱穩(wěn)定性好，阻變特性受熱擾動因素小，以解決現(xiàn)有鍺碲材料晶化溫度低導致實際應用價值差的問題。本發(fā)明實施例第二方面提供了一種金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料的制備方法，操作靈活，適用范圍廣。本發(fā)明實施例第三方面提供了一種阻變單元器件，其熱穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)可靠性高，具有較高的實際應用價值。
[0028]本發(fā)明實施例的優(yōu)點將會在下面的說明書中部分闡明，一部分根據(jù)說明書是顯而易見的，或者可以通過本發(fā)明實施例的實施而獲知。
【附圖說明】
[0029]圖1是本發(fā)明實施例一制得的金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料的EDS曲線；
[0030]圖2是本發(fā)明實施例一制得的金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料非晶態(tài)的XRD曲線；
[0031]圖3是本發(fā)明實施例一制得的金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料400°C下晶態(tài)XRD曲線.
[0032]圖4是本發(fā)明實施例一制得的金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料中Te元素的XPS曲線.
[0033]圖5是本發(fā)明實施例一制得的金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料中Ag元素的XPS曲線.
[0034]圖6是本發(fā)明實施例四制得的阻變單元器件的伏安特性曲線。
【具體實施方式】
[0035]以下所述是本發(fā)明實施例的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明實施例原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也視為本發(fā)明實施例的保護范圍。
[0036]第一方面，本發(fā)明實施例提供了一種金屬摻雜鍺締基阻變存儲材料，所述金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料的分子式為MxGeyTez，其中0〈x彡20，35彡y彡55，z=100-X-y，M為Ag、Al、Au、T1、W、Ta、Fe 或 Mn。
[0037]所述金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料中存在M-Te鍵。
[0038]所述金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料的分子式為Ag14Ge4tlTe46或Ag16Ge4Je44t5
[0039]所述金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料的晶化溫度為200?350°C。
[0040]所述金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料為薄膜材料。所述薄膜材料的厚度為5?10nm0
[0041]本發(fā)明實施例第一方面提供的金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料中通過金屬M的摻雜提聞了錯締基阻變存儲材料的晶化溫度從而提聞了錯締基阻變存儲材料非晶態(tài)的熱穩(wěn)定性，所述金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料阻變特性受熱擾動因素較小，解決了現(xiàn)有鍺碲材料晶化溫度低導致數(shù)據(jù)存儲的丟失或擾動以及能耗增高的問題。此外，所述金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料具有較高的離子遷移率。本發(fā)明實施例第一方面提供的金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料具有較高的實際應用價值。
[0042]第二方面，本發(fā)明實施例提供了一種金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料的制備方法，所述制備方法為通過磁控濺射法、化學氣相沉積法或電子束蒸鍍法制備金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料，所述金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料的分子式為MxGeyTez，其中0〈x ( 20，35 彡 y 彡 55，z=100-x-y, M 為 Ag、Al、Au、T1、W、Ta、Fe 或 Mn。
[0043]所述金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料中存在M-Te鍵。
[0044]所述金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料的分子式為Ag14Ge4tlTe46或Ag16Ge4Je44t5
[0045]所述金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料的晶化溫度為200?350°C。
[0046]所述金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料為薄膜材料。所述薄膜材料的厚度為5?lOOnm。
[0047]所述磁控濺射法為在GeTe合金靶材貼M金屬箔片磁控濺射或采用GeTe合金靶材與M金屬靶材共濺射。所述GeTe合金靶材中Ge與Te的原子比為1:1。
[0048]所述磁控濺射法中濺射功率為10?100W，濺射氬氣壓為0.25?0.85Pa。所述磁控濺射法中濺射功率為40W，濺射氬氣壓為0.5Pa。
[0049]本發(fā)明實施例第二方面提供的金屬摻雜鍺碲基阻變存儲材料的制備方法操作靈活，適用范圍廣。
[0050]本發(fā)明實施例第三方面提供了一種阻變單元器件，包括阻變存儲材料薄膜，非反應電極和反應電極，非反應電