一种异质结型阈值选通器及其制备方法

本发明涉及选通器，尤其涉及一种异质结型阈值选通器及其制备方法。

背景技术：

1、存储器是大数据时代下不可或缺的硬件基础器件，大规模的数据吞吐量与数据读写速率对存储器提出了更高的要求。其中，相变存储器作为最具潜力的存储器，具有操作速度快、低功耗和存储密度高等优点，得到业界内的一致认可。

2、相变存储器中存在着关闭电流大的问题，选通电流在流经指定节点单元时可能会流过其他单元而导致器件可靠性下降，所以在每一个存储单元上需要加接一个选通器开关减少关闭电流。由于相变材料从晶态转变为非晶态需要选通器能够提供足够大的复位(reset)电流将其加热到一定温度来实现，所以要实现相变存取的高密度存储，选通器也是一个十分关键的因素。

3、当前，常用的阈值选通器材料主要为多组元碲基与硫基材料，如ge-as-te-si-n、ge-se-te-as-si等。但多组元材料由于原子种类较多，在多次反复电脉冲作用下，容易出现组分偏析而导致器件的循环性能和可靠性降低。且其中含有的as具有毒性为非环境友好型材料，故需要寻找少组元且无as的材料。近期有研究发现单元素te材料具有开关特性，但不同于传统的阈值选通器材料，te材料常温下晶态为高阻态，液态时为低阻态，因此te基器件在开启状态时处于高温状态，会影响邻近的相变存储单元的数据稳定性。目前常见的二元阈值选通器材料有b-te、c-te、si-te等，基于这些二元阈值选通器材料的阈值选通器具有较快的开关速度、较大的驱动电流，但是其关闭电流大、循环性能仍有待进一步提升。

4、因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种异质结型阈值选通器及其制备方法，旨在解决现有基于二元阈值选通器材料的阈值选通器关闭电流大、循环性能仍有待进一步提升的问题。

2、本发明的技术方案如下：

3、本发明的第一方面，提供异一种质结型阈值选通器，其中，包括衬底，以及依次层叠设置在所述衬底上的第一电极层、异质结材料层和第二电极层；

4、所述异质结材料层包括n+1个第一子层和n个第二子层，所述n+1个第一子层和n个第二子层交替层叠设置，所述第1个第一子层贴合所述第一电极层设置，所述第n+1个第一子层贴合所述第二电极层设置；其中，n为正整数；

5、所述第一子层的材料包括m，所述第二子层的材料包括mxte1-x，其中，m包括b、si中的一种，0≤x≤0.5。

6、可选地，所述第一子层的厚度为0.5～2nm，所述第二子层的厚度为4～6nm。

7、可选地，所述异质结材料层的厚度小于等于50nm。

8、可选地，n取值为1～11。

9、可选地，所述第一电极层、第二电极层的材料各自独立地为惰性金属、含有惰性金属氮化物的合金中的一种。

10、可选地，所述惰性金属包括w、pt、au、ti、al、ag、cu、ni中的至少一种；所述含有惰性金属氮化物的合金为含有w的氮化物、pt的氮化物、au的氮化物、ti的氮化物、al的氮化物、ag的氮化物、cu的氮化物、ni的氮化物中的至少一种的合金。

11、本发明第二方面，提供一种异质结型阈值选通器的制备方法，其中，包括步骤：

12、提供衬底；

13、在所述衬底上形成第一电极层；

14、在所述第一电极层上形成异质结材料层；

15、在所述异质结材料层上形成第二电极层；

16、其中，所述异质结材料层包括n+1个第一子层和n个第二子层，所述n+1个第一子层和n个第二子层交替层叠设置，所述第1个第一子层贴合所述第一电极层设置，所述第n+1个第一子层贴合所述第二电极层设置；其中，n为正整数；

17、所述第一子层的材料包括m，所述第二子层的材料包括mxte1-x，其中，m包括b、si中的一种，0≤x≤0.5。

18、可选地，通过溅射法、蒸发法、物理气相沉积法、化学气相沉积法、等离子体增强化学气相沉积法、分子束外延法、原子层沉积法、原子气相沉积法、金属化合物气相沉积法中的一种在所述衬底上形成第一电极层；

19、和/或，

20、通过溅射法、蒸发法、物理气相沉积法、化学气相沉积法、等离子体增强化学气相沉积法、分子束外延法、原子层沉积法、原子气相沉积法、金属化合物气相沉积法中的一种在所述异质结材料层上形成第二电极层。

21、可选地，在所述第一电极层上形成异质结材料层的步骤具体包括：

22、在所述第一电极层上依次交替沉积n+1个第一子层和n个第二子层。

23、可选地，所述沉积的方法包括溅射法、蒸发法、物理气相沉积法、化学气相沉积法、等离子体增强化学气相沉积法、分子束外延法、原子层沉积法、原子气相沉积法、金属化合物气相沉积法中的一种。

24、有益效果：本发明中第一子层的材料包括m，第二子层的材料对应为mxte1-x，其中m包括b、si中的一种，第一子层的m(包括b、si中的一种)在常温下具有弱导电性，使得阈值选通器具有较低的关闭电流。器件开启时，阈值选通器材料处于较高温度，此时，m的导电性提升，可有效提升驱动电流。并且m与mxte1-x形成异质结后，由于m具有较高的热稳定性，可以抑制由于高温导致的第二子层中的m或者经过多次操作后扩散至第二子层中的m在垂直异质结材料层方向进行扩散，将材料从三维阈值转变特性压缩到二维，从而降低孔洞的产生，提升器件循环性能和可靠性。

技术特征：

1.一种异质结型阈值选通器，其特征在于，包括衬底，以及依次层叠设置在所述衬底上的第一电极层、异质结材料层和第二电极层；

2.根据权利要求1所述的异质结型阈值选通器，其特征在于，所述第一子层的厚度为0.5～2nm，所述第二子层的厚度为4～6nm。

3.根据权利要求2所述的异质结型阈值选通器，其特征在于，所述异质结材料层的厚度小于等于50nm。

4.根据权利要求3所述的异质结型阈值选通器，其特征在于，n取值为1～11。

5.根据权利要求1所述的异质结型阈值选通器，其特征在于，所述第一电极层、第二电极层的材料各自独立地为惰性金属、含有惰性金属氮化物的合金中的一种。

6.根据权利要求5所述的异质结型阈值选通器，其特征在于，所述惰性金属包括w、pt、au、ti、al、ag、cu、ni中的至少一种；所述含有惰性金属氮化物的合金为含有w的氮化物、pt的氮化物、au的氮化物、ti的氮化物、al的氮化物、ag的氮化物、cu的氮化物、ni的氮化物中的至少一种的合金。

7.一种异质结型阈值选通器的制备方法，其特征在于，包括步骤：

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，通过溅射法、蒸发法、物理气相沉积法、化学气相沉积法、等离子体增强化学气相沉积法、分子束外延法、原子层沉积法、原子气相沉积法、金属化合物气相沉积法中的一种在所述衬底上形成第一电极层；

9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，在所述第一电极层上形成异质结材料层的步骤具体包括：

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述沉积的方法包括溅射法、蒸发法、物理气相沉积法、化学气相沉积法、等离子体增强化学气相沉积法、分子束外延法、原子层沉积法、原子气相沉积法、金属化合物气相沉积法中的一种。

技术总结
本发明公开一种异质结型阈值选通器及其制备方法，选通器包括衬底，依次层叠设置在衬底上的第一电极层、异质结材料层和第二电极层；异质结材料层包括n+1个第一子层和n个第二子层，n+1个第一子层和n个第二子层交替层叠设置，第1个第一子层贴合第一电极层设置，第n+1个第一子层贴合第二电极层设置，n为正整数；第一子层的材料包括M，第二子层的材料包括M<subgt;x</subgt;Te<subgt;1‑x</subgt;，M包括B、Si中的一种，0≤x≤0.5。本发明提供的阈值选通器具有较低的关闭电流、较好的循环性能和可靠性。

技术研发人员：丁科元,龚煌,饶峰,刘凯,陈彬,刘昊
受保护的技术使用者：深圳大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12