金属掺杂锗碲基阻变存储材料及制备方法和阻变单元器件的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微电子领域，特别是涉及金属掺杂锗碲基阻变存储材料及制备方法和阻变单元器件。
【背景技术】
[0002]阻变单元器件被认为是有希望的下一代高速、高密度、低功耗存储器，受到学术界和工业界的广泛关注。阻变单元器件的原理是用阻变材料作为存储介质，通过外部施加电脉冲，在阻变材料中发生氧空位导电通道或金属导电丝的形成和断裂，实现器件在高阻态和低阻态之间的可逆转变，两态之间的电阻差异用来存储O和I信息。
[0003]锗碲材料GeTe作为一种固体电解质材料，具有高的离子迁移率，已初步应用于制备阻变存储材料。但GeTe在150?200°C温度下会发生从高电阻值的非晶态到低阻值的晶态的相变，热稳定性差，这将导致数据存储的丢失或扰动以及能耗增高的问题。因此，如何提高锗碲材料的晶化温度从而提高实际应用价值显得十分重要。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，本发明实施例第一方面提供了一种金属掺杂锗碲基阻变存储材料，该金属掺杂锗碲基阻变存储材料具有较高的晶化温度，非晶态的热稳定性好，阻变特性受热扰动因素小，以解决现有锗碲材料晶化温度低导致实际应用价值差的问题。本发明实施例第二方面提供了一种金属掺杂锗碲基阻变存储材料的制备方法，操作灵活，适用范围广。本发明实施例第三方面提供了一种阻变单元器件。
[0005]第一方面，本发明实施例提供了一种金属掺杂锗碲基阻变存储材料，所述金属掺杂锗碲基阻变存储材料的分子式为MxGeyTez，其中0〈x彡20，35彡y彡55，z=100-X-y，M为Ag、Al、Au、T1、W、Ta、Fe 或 Mn。
[0006]优选地，所述金属掺杂锗碲基阻变存储材料中存在M-Te键。
[0007]优选地，所述金属掺杂锗碲基阻变存储材料的分子式为Ag14Ge4tlTe46或AgieGe40Te440
[0008]优选地，所述金属掺杂锗碲基阻变存储材料的晶化温度为200?350°C。
[0009]优选地，所述金属掺杂锗碲基阻变存储材料为薄膜材料。更优选地，所述薄膜材料的厚度为5?lOOnm。
[0010]本发明实施例第一方面提供的金属掺杂锗碲基阻变存储材料中通过金属M的掺杂提闻了错締基阻变存储材料的晶化温度从而提闻了错締基阻变存储材料非晶态的热稳定性，所述金属掺杂锗碲基阻变存储材料阻变特性受热扰动因素较小，解决了现有锗碲材料晶化温度低导致数据存储的丢失或扰动以及能耗增高的问题。此外，所述金属掺杂锗碲基阻变存储材料具有较高的离子迁移率。本发明实施例第一方面提供的金属掺杂锗碲基阻变存储材料具有较高的实际应用价值。
[0011]第二方面，本发明实施例提供了一种金属掺杂锗碲基阻变存储材料的制备方法，所述制备方法为通过磁控溅射法、化学气相沉积法或电子束蒸镀法制备金属掺杂锗碲基阻变存储材料，所述金属掺杂锗碲基阻变存储材料的分子式为MxGeyTez，其中0〈x ( 20，35 彡 y 彡 55，z=100-x-y, M 为 Ag、Al、Au、T1、W、Ta、Fe 或 Mn。
[0012]优选地，所述金属掺杂锗碲基阻变存储材料中存在M-Te键。
[0013]优选地，所述金属掺杂锗碲基阻变存储材料的分子式为Ag14Ge4tlTe46或AgieGe40Te440
[0014]优选地，所述金属掺杂锗碲基阻变存储材料的晶化温度为200?350°C。
[0015]优选地，所述金属掺杂锗碲基阻变存储材料为薄膜材料。更优选地，所述薄膜材料的厚度为5?lOOnm。
[0016]优选地，所述磁控溅射法为在GeTe合金靶材贴M金属箔片磁控溅射或采用GeTe合金靶材与M金属靶材共溅射。所述GeTe合金靶材中Ge与Te的原子比为1:1。
[0017]优选地，所述磁控溅射法中溅射功率为10?100W，溅射氩气压为0.25?0.85Pa。更优选地，所述磁控溅射法中溅射功率为40W，溅射氩气压为0.5Pa。
[0018]本发明实施例第二方面提供的金属掺杂锗碲基阻变存储材料的制备方法操作灵活，适用范围广。
[0019]本发明实施例第三方面提供了一种阻变单元器件，包括阻变存储材料薄膜，非反应电极和反应电极，非反应电极和反应电极分别位于所述阻变存储材料薄膜的两侧并均与所述阻变存储材料薄膜接触，所述阻变存储材料薄膜的材质为金属掺杂锗碲基阻变存储材料，所述金属掺杂锗碲基阻变存储材料的分子式为MxGeyTez，其中0〈x ^ 20,35 ^ y ^ 55，z=100-x-y, M 为 Ag、Al、Au、T1、W、Ta、Fe 或 Mn。
[0020]优选地，所述金属掺杂锗碲基阻变存储材料中存在M-Te键。
[0021 ] 优选地，所述金属掺杂锗碲基阻变存储材料的分子式为Ag14Ge4tlTe46或AgieGe40Te440
[0022]优选地，所述金属掺杂锗碲基阻变存储材料的晶化温度为200?350°C。
[0023]优选地，所述阻变存储材料薄膜的厚度为5?lOOnm。
[0024]优选地,所述反应电极的材质为Cu、Al或Ag。优选地,所述反应电极的厚度为10?300nm。
[0025]优选地，所述非反应电极的材质为Pt、Au、T1、W、Ta、Tiff, TiN或TaN。优选地，所述非反应电极的厚度为10?300nm。
[0026]本发明实施例第三方面提供的阻变单元器件中采用的金属掺杂锗碲基阻变存储材料具有较高的晶化温度，该阻变单元器件热稳定性和数据可靠性高，具有较高的实际应用价值。
[0027]本发明实施例第一方面提供了一种金属掺杂锗碲基阻变存储材料，该金属掺杂锗碲基阻变存储材料具有较高的晶化温度，非晶态的热稳定性好，阻变特性受热扰动因素小，以解决现有锗碲材料晶化温度低导致实际应用价值差的问题。本发明实施例第二方面提供了一种金属掺杂锗碲基阻变存储材料的制备方法，操作灵活，适用范围广。本发明实施例第三方面提供了一种阻变单元器件，其热稳定性和数据可靠性高，具有较高的实际应用价值。
[0028]本发明实施例的优点将会在下面的说明书中部分阐明，一部分根据说明书是显而易见的，或者可以通过本发明实施例的实施而获知。
【附图说明】
[0029]图1是本发明实施例一制得的金属掺杂锗碲基阻变存储材料的EDS曲线；
[0030]图2是本发明实施例一制得的金属掺杂锗碲基阻变存储材料非晶态的XRD曲线；
[0031]图3是本发明实施例一制得的金属掺杂锗碲基阻变存储材料400°C下晶态XRD曲线.
[0032]图4是本发明实施例一制得的金属掺杂锗碲基阻变存储材料中Te元素的XPS曲线.
[0033]图5是本发明实施例一制得的金属掺杂锗碲基阻变存储材料中Ag元素的XPS曲线.
[0034]图6是本发明实施例四制得的阻变单元器件的伏安特性曲线。
【具体实施方式】
[0035]以下所述是本发明实施例的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明实施例原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明实施例的保护范围。
[0036]第一方面，本发明实施例提供了一种金属掺杂锗締基阻变存储材料，所述金属掺杂锗碲基阻变存储材料的分子式为MxGeyTez，其中0〈x彡20，35彡y彡55，z=100-X-y，M为Ag、Al、Au、T1、W、Ta、Fe 或 Mn。
[0037]所述金属掺杂锗碲基阻变存储材料中存在M-Te键。
[0038]所述金属掺杂锗碲基阻变存储材料的分子式为Ag14Ge4tlTe46或Ag16Ge4Je44t5
[0039]所述金属掺杂锗碲基阻变存储材料的晶化温度为200?350°C。
[0040]所述金属掺杂锗碲基阻变存储材料为薄膜材料。所述薄膜材料的厚度为5?10nm0
[0041]本发明实施例第一方面提供的金属掺杂锗碲基阻变存储材料中通过金属M的掺杂提闻了错締基阻变存储材料的晶化温度从而提闻了错締基阻变存储材料非晶态的热稳定性，所述金属掺杂锗碲基阻变存储材料阻变特性受热扰动因素较小，解决了现有锗碲材料晶化温度低导致数据存储的丢失或扰动以及能耗增高的问题。此外，所述金属掺杂锗碲基阻变存储材料具有较高的离子迁移率。本发明实施例第一方面提供的金属掺杂锗碲基阻变存储材料具有较高的实际应用价值。
[0042]第二方面，本发明实施例提供了一种金属掺杂锗碲基阻变存储材料的制备方法，所述制备方法为通过磁控溅射法、化学气相沉积法或电子束蒸镀法制备金属掺杂锗碲基阻变存储材料，所述金属掺杂锗碲基阻变存储材料的分子式为MxGeyTez，其中0〈x ( 20，35 彡 y 彡 55，z=100-x-y, M 为 Ag、Al、Au、T1、W、Ta、Fe 或 Mn。
[0043]所述金属掺杂锗碲基阻变存储材料中存在M-Te键。
[0044]所述金属掺杂锗碲基阻变存储材料的分子式为Ag14Ge4tlTe46或Ag16Ge4Je44t5
[0045]所述金属掺杂锗碲基阻变存储材料的晶化温度为200?350°C。
[0046]所述金属掺杂锗碲基阻变存储材料为薄膜材料。所述薄膜材料的厚度为5?lOOnm。
[0047]所述磁控溅射法为在GeTe合金靶材贴M金属箔片磁控溅射或采用GeTe合金靶材与M金属靶材共溅射。所述GeTe合金靶材中Ge与Te的原子比为1:1。
[0048]所述磁控溅射法中溅射功率为10?100W，溅射氩气压为0.25?0.85Pa。所述磁控溅射法中溅射功率为40W，溅射氩气压为0.5Pa。
[0049]本发明实施例第二方面提供的金属掺杂锗碲基阻变存储材料的制备方法操作灵活，适用范围广。
[0050]本发明实施例第三方面提供了一种阻变单元器件，包括阻变存储材料薄膜，非反应电极和反应电极，非反应电