本发明专利技术涉及基于一类硫系化合物的开关器件及其存储设备，所述硫系化合物的化学通式为(S<subgt;x</subgt;Se<subgt;y</subgt;Te<subgt;100‑x‑y</subgt;)<subgt;100‑z</subgt;M<subgt;z</subgt;，其中M是Sb、Sn、Si、Ge、Bi、Pb、ln、Ga、As、C、P、N中的一种或几种，x、y、z满足0≤x≤100，0≤y≤100，10≤z≤90。本发明专利技术开关器件和存储设备功耗极低、操作速度快、泄漏电流低、集成密度高，可用于高密度与三维海量存储器的制造。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于微纳电子，特别涉及基于一类硫系化合物的开关器件及其存储设备。
技术介绍
1、大数据和人工智能时代的数据吞吐量急剧增加，需要引入计算快速链路(cxl)互连，来解决信息存储在带宽、延迟和扩展性方面面临的限制。基于cxl的系统迫切需要新的存储技术填补传统高性能计算系统中计算系统主存储器动态随机存取存储器(dram)和系统存储介质nand闪存之间的空白架构，在众多的新型存储器中，自选通存储器(ssm)因其高密度、操作速度快、寿命时间长、功耗低等特点被视为cxl存储技术的有效解决方案。与需要额外开关单元的传统存储器不同，自选通存储器允许双向阈值开关(ots)同时执行开关和存储的操作。由于不需要附加额外开关，自选通存储器的纵横比可以进一步微缩，满足高密度存储的需要，是一种备受看好的全新的存储设备。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的技术问题是提供基于一类硫系化合物的开关器件及其存储设备，该开关器件和存储设备功耗极低、操作速度快、泄漏电流低，并且制备方法与cmos工艺相兼容，可用于高密度与三维海量存储器的制造。
2、本专利技术提供了基于一类硫系化合物的开关器件，所述硫系化合物的化学通式为(sxseyte100-x-y)100-zmz，其中m是sb、sn、si、ge、bi、pb、ln、ga、as、c、p、n中的一种或几种，x、y、z满足0≤x≤100，0≤y≤100，10≤z≤90。
3、进一步的，所述开关器件包括：
4、下电极层；
>5、上电极层；6、硫系化合物材料层：位于所述下电极层和所述上电极层之间。
7、进一步的，所述硫系化合物材料层的厚度为5nm～50nm。
8、进一步的，所述下电极层的材料包括c、ta、tin、tac、tan、co、w、pt、au、ti、al、ag、cu、ni中的一种或几种。
9、进一步的，所述上电极层的材料为c、ta、tin、tac、tan、co、w、pt、au、ti、al、ag、cu、ni中的一种或几种。
10、进一步的，所述开关器件在外部电场作用下实现高阻态到低阻态的瞬时转变，且在撤掉外部电场时实现低阻态到高阻态的瞬时转变。
11、本专利技术还提供了基于一类硫系化合物的开关器件的制备方法，包括如下步骤：
12、s1：形成下电极层；
13、s2：在所述下电极层上形成硫系化合物材料层，所述硫系化合物的化学通式为(sxseyte100-x-y)100-zmz,其中m是sb、sn、si、ge、bi、pb、ln、ga、as、c、p、n中的一种或多种，x、y、z满足0≤x≤100，0≤y≤100,10≤z≤90；
14、s3：在所述硫系化合物材料层上形成上电极层；
15、s4：在所述上电极层上形成引出电极。
16、进一步的，所述下电极层上形成硫系化合物材料层的方法包括包括：溅射法、化学气相沉积法、原子层沉积法或电子束蒸镀法。
17、本专利技术还提供了一种存储设备，包括存储单元，所述存储单元包括所述的开关器件。
18、进一步的，开通电流大于等于10-7a，开关比大于等于2，阈值电压小于等于10v，最大循环次数大于等于100次，外加电压极性改变后阈值电压窗口大于等于0.2v。
19、有益效果
20、本专利技术的开关器件在外部电场作用下，当电压达到阈值电压时，能够实现高阻态到低阻态的瞬时转换；当撤掉外部能量时，又能够立刻由低阻态转变为高阻态。同时基于本专利技术所提供的硫系化合物制备得到的开关器件，在外加电压方向改变后，首次开启所需要的阈值电压会明显高于后续开启所需要的阈值电压。通过改变电压方向，可使方向和大小不变的脉冲分别读取到高阻态和低阻态信息，利用此原理可制备得到一种全新的存储设备。基于该类硫系化合物制备的开关器件和存储设备功耗极低、操作速度快、泄漏电流低，并且本专利技术的开关单元和存储设备的制备方法与cmos工艺相兼容，材料漏电流的降低有助于存储器的加工工艺随cmos技术节点不断微缩，有利于器件的加工，同时提升存储阵列的成品率、性能的一致性与可靠性，极大助力高密度与三维海量存储器的制造。
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【技术保护点】
1.基于一类硫系化合物的开关器件，其特征在于：所述硫系化合物的化学通式为(SxSeyTe100-x-y)100-zMz，其中M是Sb、Sn、Si、Ge、Bi、Pb、ln、Ga、As、C、P、N中的一种或几种，x、y、z满足0≤x≤100，0≤y≤100，10≤z≤90。
2.根据权利要求1所述的开关器件，其特征在于：所述开关器件包括：
3.根据权利要求2所述的开关器件，其特征在于：所述硫系化合物材料层的厚度为5nm～50nm。
4.根据权利要求2所述的开关器件，其特征在于：所述下电极层的材料包括C、Ta、TiN、TaC、TaN、Co、W、Pt、Au、Ti、Al、Ag、Cu、Ni中的一种或几种。
5.根据权利要求2所述的开关器件，其特征在于：所述上电极层的材料为C、Ta、TiN、TaC、TaN、Co、W、Pt、Au、Ti、Al、Ag、Cu、Ni中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的开关器件，其特征在于：所述开关器件在外部电场作用下实现高阻态到低阻态的瞬时转变，且在撤掉外部电场时实现低阻态到高阻态的瞬时转变。
>7.基于一类硫系化合物的开关器件的制备方法，包括如下步骤：8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于：所述下电极层上形成硫系化合物材料层的方法包括包括：溅射法、化学气相沉积法、原子层沉积法或电子束蒸镀法。
9.一种存储设备，其特征在于：包括存储单元，所述存储单元包括如权利要求1所述的开关器件。
10.一种如权利要求1所述的开关器件或如权利要求8所述的存储设备，其特征在于：开通电流大于等于10-7A，开关比大于等于2，阈值电压小于等于10V，最大循环次数大于等于100次，外加电压极性改变后阈值电压窗口大于等于0.2V。
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【技术特征摘要】
1.基于一类硫系化合物的开关器件，其特征在于：所述硫系化合物的化学通式为(sxseyte100-x-y)100-zmz，其中m是sb、sn、si、ge、bi、pb、ln、ga、as、c、p、n中的一种或几种，x、y、z满足0≤x≤100，0≤y≤100，10≤z≤90。
2.根据权利要求1所述的开关器件，其特征在于：所述开关器件包括：
3.根据权利要求2所述的开关器件，其特征在于：所述硫系化合物材料层的厚度为5nm～50nm。
4.根据权利要求2所述的开关器件，其特征在于：所述下电极层的材料包括c、ta、tin、tac、tan、co、w、pt、au、ti、al、ag、cu、ni中的一种或几种。
5.根据权利要求2所述的开关器件，其特征在于：所述上电极层的材料为c、ta、tin、tac、tan、co、w、pt、au、ti、a...
【专利技术属性】
技术研发人员：王禹昊，宋志棠，宋三年，宋文雄，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：
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