本發(fā)明屬于微電子器件及相變存儲(chǔ)器技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種非對(duì)稱環(huán)狀微電極相變存儲(chǔ)單元及器件。

背景技術(shù)：

相變存儲(chǔ)器單元的結(jié)構(gòu)很大程度上決定了其性能，包括幾何構(gòu)型，相變薄膜的厚度，電極的厚度等。下電極和相變材料的接觸面積s是影響相變存儲(chǔ)器性能的一個(gè)重要參數(shù)，隨著s的減小，相變區(qū)域的尺寸減小，操作電流也逐漸減小。提高半導(dǎo)體工藝的水平(如減小光刻工藝線寬)可以有效的減小接觸面積，從而減小操作電流，但是技術(shù)的更新需要大量的成本，因此可以從存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)等方面來(lái)盡可能的減小操作電流。

對(duì)相變存儲(chǔ)器來(lái)說(shuō)，隨著存儲(chǔ)容量的增加，當(dāng)特征尺寸縮小到65nm及以下時(shí)，相鄰相變存儲(chǔ)單元間的熱串?dāng)_問(wèn)題十分嚴(yán)重。當(dāng)不同相變單元之間的間隔太小(亞微米級(jí))，其中某個(gè)相變單元進(jìn)行數(shù)據(jù)讀寫操作時(shí)會(huì)產(chǎn)生很高的相變溫度，由于熱傳導(dǎo)效應(yīng)，熱量會(huì)對(duì)鄰近非操作的相變單元產(chǎn)生一定的影響，使其溫度升高，當(dāng)該非操作相變單元的溫度升高到一定程度，也會(huì)發(fā)生相變，導(dǎo)致原有信息的丟失，此即相變存儲(chǔ)器單元間的熱串?dāng)_問(wèn)題。為了減小熱串?dāng)_問(wèn)題，就需減小單元中加熱電極和相變材料之間的接觸面積，減小操作電流，使功能層局部加熱，盡量減小相變區(qū)域。

傳統(tǒng)t型結(jié)構(gòu)相變存儲(chǔ)單元如圖1所示，兩層金屬電極之間的相變功能層材料通常為(ge2sb2te5)gst，周圍是絕緣材料sio2，在上下電極之間加窄而尖的脈沖時(shí)，與下電極接觸的相變材料發(fā)生相變轉(zhuǎn)變?yōu)楦咦璧姆蔷B(tài)，這樣整個(gè)單元就表現(xiàn)為高阻態(tài)，而相變材料與下電極的接觸面積s越小，操作電流就越小。

然而，上述現(xiàn)有解決方案仍然存在以下的技術(shù)問(wèn)題：其最小尺寸受光刻最小尺寸的限制，同時(shí)t型相變單元的熱學(xué)性能較差，熱利用率較低，大部分熱量被耗散，既增加了功耗，也由于熱串?dāng)_現(xiàn)象會(huì)影響高密度器件單元陣列的集成。因此，如何設(shè)計(jì)一種抗熱串?dāng)_、低操作電流的相變存儲(chǔ)器單元器件結(jié)構(gòu)以降低器件的功耗，已成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種非對(duì)稱環(huán)狀微電極相變存儲(chǔ)單元及器件，采用該存儲(chǔ)單元制成存儲(chǔ)器器件能達(dá)到減小熱串?dāng)_，降低操作電流的目的。其中環(huán)狀電極使接觸面積更小，可以減小擦寫電流；同時(shí)，非對(duì)稱結(jié)構(gòu)較傳統(tǒng)t型對(duì)稱結(jié)構(gòu)有較優(yōu)的熱學(xué)性能，相變更局部，從而可有效減小熱串?dāng)_。

本發(fā)明提供了一種非對(duì)稱環(huán)狀微電極相變存儲(chǔ)單元，其膜層結(jié)構(gòu)包括：

由導(dǎo)電材料形成的下電極層；

附著于所述下電極層表面的第一絕緣層，所述第一絕緣層開(kāi)設(shè)有納米級(jí)第一小孔，所述第一小孔正對(duì)著下電極層；

附著于所述第一絕緣層表面的相變功能層；

附著于所述相變功能層表面的第二絕緣層，所述第二絕緣層開(kāi)設(shè)有第二小孔；

附著于所述第二絕緣層表面且為導(dǎo)電材料的上電極層；

所述下電極層是環(huán)狀電極，為空心結(jié)構(gòu)，其剖面圖為u型，電極芯由絕緣材料填充；

所述第一絕緣層中所述第一小孔的中心線、所述相變功能層的中心線和所述第二絕緣層中所述第二小孔的中心線均不在同一條直線上，發(fā)生左右偏移。

在本發(fā)明實(shí)施例中，相變功能層的中心線與第一小孔的中心線有一個(gè)偏移量，能夠有效的減小相變材料與下電極的接觸面積，同時(shí)下電極做成環(huán)狀，中間用絕緣材料填充，進(jìn)一步減小了接觸面積，以達(dá)到減小reset電流的目的；上電極由水平方向貫通單元的電極條以及第二絕緣層的小孔組成；下電極則由垂直方向貫通單元的電極條以及中間填充絕緣材料的環(huán)狀電極組成。

更進(jìn)一步地，下電極層、所述第一絕緣層、所述相變功能層、所述第二絕緣層和所述上電極層的厚度均在2nm～500nm；所述第一小孔的寬度為10nm～1um；所述第二小孔的寬度為10nm～2um；所述第一小孔內(nèi)環(huán)狀金屬側(cè)壁厚度小于所述第一小孔半徑。

更進(jìn)一步地，下電極層、所述第一絕緣層、所述相變功能層、所述第二絕緣層和所述上電極層厚度和寬度與所述第一小孔和所述第二小孔的寬度能根據(jù)實(shí)際需要等比例縮放。

更進(jìn)一步地，相變功能層的材料為元素周期表中iva、va及via族元素的組合。

更進(jìn)一步地，第一絕緣層和所述第二絕緣層的材料為sio2、zro2、tio2、y2o3、ta2o5、非晶si或c中的一種。

更進(jìn)一步地，下電極層和所述上電極層的材料為tiw、w、tin、ta、pt、ag、cu或cun中的一種。

更進(jìn)一步地，下電極層與所述相變功能層直接接觸的面積為圓環(huán)形，線寬尺寸為50nm及以下。

本發(fā)明還提供了一種由上述的非對(duì)稱環(huán)狀微電極相變存儲(chǔ)單元構(gòu)成的存儲(chǔ)器件，包括：襯底、半導(dǎo)體層與絕緣層交替的堆疊結(jié)構(gòu)、至少一個(gè)u型的環(huán)狀電極；所述半導(dǎo)體層與絕緣層交替的堆疊結(jié)構(gòu)位于所述襯底上方，并且各半導(dǎo)體層和絕緣層的上下表面均與襯底的上表面平行；所述u型的環(huán)狀電極貫穿所述第一絕緣層。

在本發(fā)明實(shí)施例提供的非對(duì)稱環(huán)狀微電極相變存儲(chǔ)單元中，還可以有熱沉層結(jié)構(gòu)以改善單元的產(chǎn)熱及散熱條件，并最終達(dá)到減小相鄰單元間熱串?dāng)_的目的。該熱沉層結(jié)構(gòu)可以為每個(gè)存儲(chǔ)單元獨(dú)有，或?yàn)檎麄€(gè)陣列或器件共同擁有。

更進(jìn)一步地，該存儲(chǔ)器件的存儲(chǔ)體部分由成陣列分布的多個(gè)非對(duì)稱環(huán)狀微電極相變存儲(chǔ)單元構(gòu)成。

本發(fā)明中，非對(duì)稱環(huán)狀電極相變存儲(chǔ)單元構(gòu)成的存儲(chǔ)器件，每個(gè)單元下電極為u型環(huán)狀結(jié)構(gòu)，中心由絕緣材料填充，電極與相變材料的接觸面積均為納米級(jí)，非對(duì)稱環(huán)狀電極相變存儲(chǔ)單元極大的減小了操作電流，改善熱串?dāng)_，提高存儲(chǔ)密度，降低寫入功耗。

附圖說(shuō)明

圖1為傳統(tǒng)t型對(duì)稱相變存儲(chǔ)器單元縱向截面軸對(duì)稱結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明提出的非對(duì)稱環(huán)狀微電極相變存儲(chǔ)器單元縱向截面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為在具體仿真實(shí)例1中設(shè)計(jì)的普通電極相變存儲(chǔ)單元縱向截面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為在具體仿真實(shí)例1中設(shè)計(jì)的非對(duì)稱環(huán)狀電極相變存儲(chǔ)單元縱向截面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為在具體仿真實(shí)例1中設(shè)計(jì)的非對(duì)稱環(huán)狀電極相變存儲(chǔ)單元中相變材料與下電極接觸面的俯視示意圖。

圖6為在具體仿真實(shí)例1中設(shè)計(jì)的普通電極相變存儲(chǔ)單元在脈沖寬度20ns的脈沖電流作用下得到的r-i曲線。

圖7為在具體仿真實(shí)例1中設(shè)計(jì)的非對(duì)稱環(huán)狀電極相變存儲(chǔ)單元在脈沖寬度20ns的脈沖電流作用下得到的r-i曲線。

圖8為在具體仿真實(shí)例1中設(shè)計(jì)的普通電極相變存儲(chǔ)單元在reset時(shí)的溫度分布圖。

圖9為在具體仿真實(shí)例1中設(shè)計(jì)的非對(duì)稱環(huán)狀電極相變存儲(chǔ)單元在reset時(shí)的溫度分布圖。

圖10為在具體仿真實(shí)例2中設(shè)計(jì)的非對(duì)稱環(huán)狀電極相變存儲(chǔ)單元縱向截面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖11為在具體仿真實(shí)例2中設(shè)計(jì)的非對(duì)稱環(huán)狀電極相變存儲(chǔ)單元相變功能層中心線與第一絕緣層小孔中心線的偏移量對(duì)reset電流以及窗口值的影響效果圖。

圖12為在具體仿真實(shí)例3中設(shè)計(jì)的非對(duì)稱環(huán)狀電極相變存儲(chǔ)單元縱向截面結(jié)構(gòu)示意圖。

圖13為在具體仿真實(shí)例3中設(shè)計(jì)的非對(duì)稱環(huán)狀電極相變存儲(chǔ)單元第二絕緣層小孔中心線與第一絕緣層小孔中心線的偏移量對(duì)reset電流以及窗口值的影響效果圖。

圖14為在具體仿真實(shí)例4中設(shè)計(jì)的添加熱沉層的非對(duì)稱環(huán)狀電極相鄰相變存儲(chǔ)單元縱向截面結(jié)構(gòu)圖。

圖15為在具體仿真實(shí)例4中設(shè)計(jì)的普通電極相鄰相變存儲(chǔ)器單元縱向截面結(jié)構(gòu)圖。

圖16為在具體仿真實(shí)例4中設(shè)計(jì)的未添加熱沉層的非對(duì)稱環(huán)狀電極相鄰相變存儲(chǔ)單元縱向截面結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及三維熱模擬實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

本發(fā)明從器件結(jié)構(gòu)入手，通過(guò)減小電極與相變材料的接觸面積，減小操作電流，在降低寫入功耗的同時(shí)減小單元間的熱串?dāng)_。

如圖2所示，本發(fā)明提供的非對(duì)稱環(huán)狀微電極相變存儲(chǔ)器單元包括由下至上依次疊置的下電極層、第一絕緣層、相變功能層、第二絕緣層、上電極層。

下電極層可采用tiw、w、tin、ta、pt、ag、cu或cun等導(dǎo)電材料，其寬度l6范圍為10nm～1um，厚度h5范圍為2nm～500nm。納米級(jí)線寬可以減小相變單元面積和相鄰兩單元間間距，增加存儲(chǔ)密度。

第一絕緣層處于下電極表面，第一絕緣層可采用sio2、zro2、tio2、y2o3、ta2o5、非晶si或c等材料。第一絕緣層寬度l4范圍為40nm～5um，厚度h4范圍為2nm～500nm。第一絕緣層開(kāi)有小孔，且小孔正對(duì)著下電極，小孔寬度l5為10nm～1um。小孔內(nèi)部填充導(dǎo)電材料側(cè)壁和絕緣材料芯，導(dǎo)電側(cè)壁的厚度小于小孔寬度的一半。第一絕緣層小孔的寬度直接決定了下電極與相變材料的接觸面積，接觸面積越小，單元所需擦寫電流越小。

相變功能層處于第一絕緣層表面，相變功能層可采用元素周期表中iva、va及via族元素的組合。相變功能層寬度l3范圍為40nm～3um，厚度h3范圍為2nm～500nm，相變功能層通過(guò)第一絕緣層上的小孔中的導(dǎo)電側(cè)壁與下電極層相接觸。相變功能層要覆蓋住下絕緣層小孔，且寬度不能超過(guò)下絕緣層。

第二絕緣層處于相變功能層表面，第二絕緣層可采用sio2、zro2、tio2、y2o3、ta2o5、非晶si或c等材料。第二絕緣層寬度l1范圍為40nm～5um，厚度h2范圍為2nm～500nm。第二絕緣層開(kāi)有小孔，小孔寬度l2為10nm～2um。第二絕緣層小孔使上電極與相變材料接觸，其寬度與第一絕緣層小孔相同或略大。

上電極層處于第二絕緣層表面，上電極層通過(guò)第二絕緣層上的小孔與相變功能層相接觸。上電極可采用tiw、w、tin、ta、pt、ag、cu或cun等導(dǎo)電材料，其寬度范圍為10nm～1um，厚度h1范圍為2nm～500nm。納米級(jí)線寬可以減小相變單元面積和相鄰兩單元間間距，增加存儲(chǔ)密度。

本發(fā)明對(duì)上、下絕緣層上小孔的具體位置沒(méi)有特殊的要求，只要保證第一絕緣層小孔中心線、相變功能層中心線以及第二絕緣層小孔中心線均不在同一條直線上，發(fā)生左右偏移即可。相變材料的中心線與第一絕緣層小孔的中心線有一個(gè)偏移量，這樣能夠有效的減小相變材料與下電極的接觸面積，同時(shí)下電極做成環(huán)狀，中間用絕緣材料填充，進(jìn)一步減小了接觸面積，以達(dá)到減小reset電流的目的；上電極由水平方向貫通單元的電極條以及第二絕緣層的小孔組成；下電極則由垂直方向貫通單元的電極條以及中間填充絕緣材料的環(huán)狀電極組成。

需要注意的是，下電極層、第一絕緣層、相變功能層、第二絕緣層、上電極層的寬度和厚度以及第一絕緣層小孔、第二絕緣層小孔的寬度都可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行等比例縮放。

非對(duì)稱環(huán)狀微電極相變存儲(chǔ)單元，可以有熱沉層結(jié)構(gòu)以改善單元的產(chǎn)熱及散熱條件。該熱沉層結(jié)構(gòu)可以為每個(gè)存儲(chǔ)單元獨(dú)有，或?yàn)檎麄€(gè)陣列或器件共同擁有。

以下給出運(yùn)用非對(duì)稱環(huán)狀微電極相變存儲(chǔ)單元制備相變存儲(chǔ)器的一種方法：

首先在硅襯底或半導(dǎo)體襯底(包括mos的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)，漏源區(qū)，電極引線，通孔，或者pn二極管，雙極晶體管等)通過(guò)電子束光刻并濺射沉積導(dǎo)電的下電極層，所述下電極層可采用tiw、w、tin、ta、pt、ag、cu或cun等導(dǎo)電材料。

然后，在已形成的下電極層的表面通過(guò)電子束光刻及熱固化制備第一絕緣層及其小孔，所述第一絕緣層可采用sio2、zro2、tio2、y2o3、非晶si或c等材料。

然后，在已形成的第一絕緣層的表面鍍一層薄導(dǎo)電材料，再濺射沉積一層絕緣材料，并用化學(xué)機(jī)械拋光打磨形成環(huán)狀下電極。

然后，在已形成環(huán)狀電極的第一絕緣層的表面通過(guò)電子束光刻并濺射沉積相變功能層，所述相變功能層可采用元素周期表中iva、va及via族元素的組合。

然后，在已形成的相變功能層的表面通過(guò)電子束光刻及熱固化制備第二絕緣層及其小孔，所述第二絕緣層可采用sio2、zro2、tio2、y2o3、非晶si或c等材料。

然后，在已形成的第二絕緣層的表面通過(guò)電子束光刻并濺射沉積導(dǎo)電的上電極層，上電極層可采用tiw、w、tin、ta、pt、ag、cu或cun等導(dǎo)電材料。

實(shí)施例1：

在本實(shí)施例中，三維熱模擬仿真所設(shè)計(jì)的非對(duì)稱環(huán)狀電極相變存儲(chǔ)單元縱向截面結(jié)構(gòu)圖如圖4所示，相變材料與下電極接觸面的俯視圖如圖5所示，普通電極相變存儲(chǔ)單元縱向截面結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。討論非對(duì)稱環(huán)狀電極結(jié)構(gòu)與普通t型電極結(jié)構(gòu)對(duì)reset電流的影響。整個(gè)非對(duì)稱環(huán)狀電極相變存儲(chǔ)單元的形狀為長(zhǎng)方體；第一絕緣層小孔、第二絕緣層小孔以及相變材料均為圓柱體。圖4中h5為下電極層的厚度，h4為第一絕緣層中環(huán)狀電極小孔的厚度，r為環(huán)狀電極小孔中心填充的絕緣材料半徑，h2為第二絕緣層小孔的厚度，h1為上電極層的厚度，h3為相變功能層的厚度，特征尺寸l6為第一絕緣層小孔的半徑，l2為第二絕緣層小孔的半徑，l3為相變功能層半徑，s為相變功能層中心線與第一絕緣層小孔中心線的偏移量，t為第二絕緣層小孔中心線與第一絕緣層小孔中心線的偏移量。

普通電極相變存儲(chǔ)單元為t型結(jié)構(gòu)，第一絕緣層小孔中心線、相變功能層中心線和第二絕緣層小孔中心線均在同一條直線上，上下電極均為實(shí)心結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)整體左右對(duì)稱。圖3中h5為下電極層的厚度，h4為第一絕緣層的厚度，h2為第二絕緣層的厚度，h1為上電極層的厚度，h3為相變功能層的厚度，特征尺寸l6為第一絕緣層小孔的半徑，l2為第二絕緣層小孔的半徑，l3為相變功能層半徑。

兩種結(jié)構(gòu)的h2＝h1＝h5＝h3＝10nm，h4＝100nm，l3＝30nm，特征尺寸l2＝l6＝22nm。非對(duì)稱環(huán)狀電極結(jié)構(gòu)相變功能層中心線遠(yuǎn)離第一絕緣層小孔中心線的偏移量s＝8nm，第二絕緣層小孔中心線遠(yuǎn)離第一絕緣層小孔中心線的偏移量t＝22nm，絕緣材料半徑r＝6nm。兩種結(jié)構(gòu)中的相變材料均選用gst，厚度相同。

上述普通單元結(jié)構(gòu)和非對(duì)稱環(huán)狀電極結(jié)構(gòu)的電阻值隨脈沖電流i的變化如圖6和圖7所示，脈沖寬度為20ns。從圖6中可以看出，當(dāng)電流脈沖幅值i小于16.15ua時(shí)，普通單元的電阻幾乎沒(méi)有變化，說(shuō)明此時(shí)相變材料與下電極接觸處的溫度并沒(méi)有達(dá)到相變溫度(gst的相變溫度為300℃，是相變材料的一種物理特性)，相變材料并沒(méi)有開(kāi)始發(fā)生相變；當(dāng)電流脈沖幅值i大于16.75ua時(shí)，單元的電阻開(kāi)始急速增大，說(shuō)明此時(shí)相變材料與下電極接觸處的溫度已經(jīng)開(kāi)始超過(guò)相變溫度，部分的相變材料轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷B(tài)；當(dāng)電流脈沖幅值i繼續(xù)增大到17.81ua以上時(shí)，單元的電阻值幾乎不變，說(shuō)明此時(shí)相變材料已經(jīng)完全相變，電阻值不再增大。因此取電阻完成跳變處的電流脈沖幅值i＝17.81ua作為普通單元的reset電流。同樣，從圖7中可以看出，取電阻完成跳變處的電流脈沖幅值i＝8.34ua作為非對(duì)稱環(huán)狀電極單元的reset電流。上述曲線表明，對(duì)所述普通單元結(jié)構(gòu)的reset電流脈沖幅值為17.81ua，非對(duì)稱環(huán)狀電極結(jié)構(gòu)的reset電流脈沖幅值為8.34ua。由此可見(jiàn)，非對(duì)稱環(huán)狀電極結(jié)構(gòu)的相變存儲(chǔ)單元reset操作所需功耗較低。

上述普通結(jié)構(gòu)和非對(duì)稱環(huán)狀電極結(jié)構(gòu)在reset時(shí)的溫度分布圖分別如圖8和圖9所示。從上述圖中可以看出，對(duì)普通單元施加幅值為17.81ua的reset電流脈沖，對(duì)非對(duì)稱環(huán)狀電極單元施加幅值為8.34ua的reset電流脈沖，圖中紅色區(qū)域?yàn)闇囟茸罡邊^(qū)域，故所述非對(duì)稱環(huán)狀電極結(jié)構(gòu)施加更小的電流脈沖就能達(dá)到更高的溫度，這是由于相變材料與下電極的接觸面積減小使得電流密度增大，產(chǎn)熱更為集中，這樣較低的電流就能使得覆蓋下電極的相變材料相變完成reset過(guò)程。

實(shí)施例2：

本實(shí)施例討論非對(duì)稱環(huán)狀電極結(jié)構(gòu)中相變功能層中心線與第一絕緣層中心線偏移量s對(duì)reset電流的影響。所設(shè)計(jì)的非對(duì)稱環(huán)狀電極相變存儲(chǔ)單元縱向截面結(jié)構(gòu)圖如圖10所示。為了分析的方便第二絕緣層小孔的中心線和相變功能層的中心線是重合的，即第二絕緣層小孔的中心線與第一絕緣層小孔中心線的偏移量t和相變功能層中心線與第一絕緣層小孔中心線的偏移量s是相等的。下電極層的厚度為h5＝10nm，第一絕緣層中環(huán)狀電極小孔的厚度為h4＝100nm，環(huán)狀電極小孔中心填充的絕緣材料半徑為r＝6nm，上電極孔的厚度為h2＝10nm，上電極層的厚度為h1＝10nm，相變功能層直徑為l3＝30nm，特征尺寸l2＝l6＝22nm。

上述非對(duì)稱環(huán)狀電極相變存儲(chǔ)單元的相變功能層中心線遠(yuǎn)離第一絕緣層中心線的偏移量s對(duì)reset電流以及窗口值的影響效果圖如圖11所示。從圖中可以看出隨著相變功能層偏移量s的增大，reset電流急劇減小，這是由于隨著相變功能層的偏移，其與下電極的接觸面積s也急劇減小。而且相變功能層的偏移會(huì)使得電流通路l變長(zhǎng)，s減小，l增大會(huì)導(dǎo)致單元相變前的電阻變大，同時(shí)接觸面積的減小使得相變區(qū)域變小，這樣單元相變后的電阻也會(huì)變小，最終會(huì)使得窗口值的大幅減小。因此相變功能層中心線遠(yuǎn)離第一絕緣層中心線的偏移量不能太大。

實(shí)施例3：

本實(shí)施例討論非對(duì)稱環(huán)狀電極結(jié)構(gòu)中第二絕緣層中心線與第一絕緣層中心線偏移量t對(duì)reset電流的影響。所設(shè)計(jì)的非對(duì)稱環(huán)狀電極相變存儲(chǔ)單元縱向截面結(jié)構(gòu)圖如圖12所示。相變功能層中心線與第一絕緣層小孔中心線的偏移量s＝15nm，下電極層的厚度為h5＝10nm，第一絕緣層中環(huán)狀電極小孔的厚度為h4＝100nm，環(huán)狀電極小孔中心填充的絕緣材料半徑為r＝6nm，上電極孔的厚度為h2＝10nm，上電極層的厚度為h1＝10nm，相變功能層直徑為l3＝30nm，特征尺寸l2＝l6＝30nm。

上述非對(duì)稱環(huán)狀電極相變存儲(chǔ)單元的第二絕緣層小孔中心線遠(yuǎn)離第一絕緣層小孔中心線的偏移量t對(duì)reset電流脈沖幅值以及窗口值的影響效果圖如圖13所示。從圖中可以看出隨著第二絕緣層小孔中心線的偏移reset電流逐漸降低，窗口值也逐漸降低。由于電流從第二絕緣層小孔流入相變功能層，在到達(dá)下電極之前要水平通過(guò)相變功能層，因此第二絕緣層小孔偏移量的增大會(huì)導(dǎo)致電流通路的增長(zhǎng)，使得相變功能層表現(xiàn)出的電阻變大，reset電流降低。由此可見(jiàn)，非對(duì)稱環(huán)狀微電極結(jié)構(gòu)可以有效降低reset電流。

實(shí)施例4：

在本實(shí)施例中所設(shè)計(jì)的添加熱沉層的非對(duì)稱環(huán)狀電極相變存儲(chǔ)器相鄰單元縱向截面結(jié)構(gòu)圖如圖14所示。普通電極相變存儲(chǔ)器相鄰單元縱向截面結(jié)構(gòu)圖如圖15所示。未添加熱沉層的非對(duì)稱環(huán)狀電極相變存儲(chǔ)器相鄰單元縱向截面結(jié)構(gòu)圖如圖16所示。熱沉層采用的材料是sno2，其厚度為50nm。單元間距c為77nm。相變功能層中心線與第一絕緣層小孔中心線的偏移量s＝18nm，第二絕緣層小孔中心線與第一絕緣層小孔中心線的偏移量t＝22nm，下電極層的厚度為10nm，第一絕緣層中環(huán)狀電極小孔的厚度為100nm，環(huán)狀電極小孔中心填充的絕緣材料半徑為r＝6nm，三種結(jié)構(gòu)中相變功能層材料相同，厚度均為10nm，上電極孔的厚度為10nm，上電極層的厚度為10nm，特征尺寸l5＝22nm。

對(duì)所述添加熱沉層的非對(duì)稱環(huán)狀電極相變存儲(chǔ)單元施加寬度為20ns，幅值不同的電流脈沖使得工作單元的最高溫度達(dá)到900℃，鄰近單元的最高溫度為115.57℃，工作單元的reset電流脈沖幅值為15.83ua。

對(duì)所述普通電極相變存儲(chǔ)單元施加寬度為20ns，幅值不同的電流脈沖使得工作單元的最高溫度達(dá)到900℃，鄰近單元的最高溫度為402℃，工作單元的reset電流脈沖幅值為24.03ua。

對(duì)所述未添加熱沉層的非對(duì)稱環(huán)狀電極相變存儲(chǔ)單元施加寬度為20ns，幅值不同的電流脈沖使得工作單元的最高溫度達(dá)到900℃，鄰近單元的最高溫度為307.30℃，工作單元的reset電流脈沖幅值為11.95ua。

對(duì)工作單元進(jìn)行reset操作過(guò)程中，普通結(jié)構(gòu)中鄰近單元的最高溫度遠(yuǎn)大于相變材料的晶化溫度(125℃)，說(shuō)明單元之間存在嚴(yán)重的熱串?dāng)_。非對(duì)稱環(huán)狀電極結(jié)構(gòu)由于發(fā)熱部分集中在與下電極接觸的地方，更為遠(yuǎn)離鄰近的單元，因此鄰近單元的最高溫度有所降低。增加熱沉層使得鄰近單元的最高溫度小于相變材料的晶化溫度，相比未添加熱沉層的情況降低了62.4％，有效的降低了相鄰單元間的熱串?dāng)_，雖然同時(shí)會(huì)使得reset電流稍微增大(因?yàn)闊岢翆佑欣趩卧?，但是也比普通結(jié)構(gòu)的操作電流降低了34.1％。由此，這種非對(duì)稱環(huán)狀電極結(jié)構(gòu)具有抗熱串?dāng)_，降低reset電流的作用。同時(shí)，這種非對(duì)稱環(huán)狀電極結(jié)構(gòu)也可添加熱沉層以進(jìn)一步減小熱串?dāng)_。

由此可見(jiàn)，對(duì)于所述非對(duì)稱環(huán)狀電極結(jié)構(gòu)的相變存儲(chǔ)單元或器件，可以通過(guò)增加熱沉層結(jié)構(gòu)以改善單元或器件的產(chǎn)熱及散熱條件，并最終達(dá)到減小相鄰單元間熱串?dāng)_的目的。本實(shí)施例中增加的熱沉層結(jié)構(gòu)是一層為整個(gè)陣列或器件共同擁有的熱沉層薄膜，在實(shí)際的相變存儲(chǔ)單元或器件中，該熱沉層結(jié)構(gòu)可以為每個(gè)存儲(chǔ)單元獨(dú)有，是每個(gè)獨(dú)立存儲(chǔ)單元膜層結(jié)構(gòu)中的一部分。

通過(guò)以上構(gòu)思，本發(fā)明能夠有效減小超高密度相變存儲(chǔ)器單元間的熱串?dāng)_，并降低單元操作電流。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。