专利名称：：多层硫属化物和具有提高的操作特性的相关器件的制作方法
技术领域：
：本发明涉及可用作电和光学存储器和开关的硫属化物材料。本发明更特别涉及在硫属化物材料和电触点之间具有改进的界面的硫属化物器件。本发明最特别涉及多层材料结构，其改进的界面提供改进的操作特性，如下列至少一种降低的原始电阻、降低的RW4、更高的10年保留温度、更快的编程速度、更好的与电阻"加热器"电极的欧姆接触、提高的在置位电阻和复位电阻之间的范围、降低的编程能量要求、改进的置位电阻和复位电阻值在循环寿命内的一致性和延长的循环寿命。
背景技术：
：硫属化物材料是新兴的一类商业电子材料，其表现出转换、存储、逻辑和处理功能。S.R.0vshinsky在1960年代开发出硫属化物材料的基本原理，从那时起，其本人和全世界另一些人的大量努力已引起硫属化物材料基础科学的发展及其应用领域的扩展。硫属化物器件中的早期研究证明了电转换行为，其中在施加等于或高于活性硫属化物材料阈电压的电压时诱发从阻态向导态的转换。这一效应是双向阈值开关(0TS)的基础并仍然是硫属化物材料的重要实际特性。0TS以超快转换速度提供高度可再现的转换超过1013个周期。0TS的基本原理和操作特性陈述在美国专利Nos.3，271，591;5，543，737;5，694，146;和5，757，446中(它们的公开内容经此引入本文作为参考)；以及在若干期干'J文章中，包括"ReversibleElectricalSwitchingPhenomenainDisorderedStructures〃，PhysicalReviewLetters,第21巻，第1450-1453页(1969)，S.R.0vshinsky著；〃AmorphousSemiconductorsforSwitching,Memory,andImagingApplications〃，IEEETransactionsonElectronDevices，第ED_20巻，第91-105页(1973)，S.R.0vshinsky和H.Fritzsche著(它们的公开内容经此引入本文作为参考)。硫属化物材料的另一重要用途是在电和光学存储器件中。一种类型的硫属化物存储器件采用可用于该材料的宽范围电阻值作为存储操作的基础。各电阻值对应于该硫属化物材料的不同结构状态，可以选择一种或多种状态并用于限定操作存储状态。硫属化物材料表现出结晶态或相以及非晶态或相。硫属化物材料的不同结构状态在给定体积或区域的硫属化物材料中结晶和非晶相的相对比例方面不同。电阻值的范围通常受该硫属化物材料的置位态和复位态的限制。置位态是低电阻结构状态，其电性质主要受该硫属化物材料的结晶部分控制，复位态是高电阻结构状态，其电性质主要受该硫属化物材料的非晶部分控制。硫属化物存储材料的各存储状态对应于不同的电阻值，且各存储电阻值表示唯一的信息内容。在操作时，可如下将硫属化物材料编程为特定存储状态提供具有适当幅度和持续时间的电流脉冲以将该硫属化物材料转化成具有所需电阻范围的该结构状态。通过控制向硫属化物材料提供的能量，可以控制一定体积的该材料内结晶和非晶相区域的相对比例，并由此控制该硫属化物材料的结构(和存储)状态以存储信息。各存储状态可以通过提供该状态特有的电流脉冲来编程，且各状态可以通过测量电阻而以非破坏性方式识别或读取。不同状态之间的编程完全可逆，且该存储器件的写入编程周期数极大，读取周期数几乎无限，以提供稳健和可靠的操作。目前在市场上刚开始出现的OUM(双向通用(或合一)存储器(0vonicUniversal(orUnified)Memory))器件中利用硫属化物材料的可变电阻存储功能。OUM型器件的基本原理和操作陈述在例如美国专利Nos.6，859，390;6，774，387;6，687，153;和6，314，014中(它们的公开内容经此引入本文作为参考)；以及在若干期刊文章中，包括"LowFieldAmorphousStateResistanceandThresholdVoltageDriftinChalcogenideMaterials"，发表于IEEETransactionsonElectronDevices,第51巻，第714—719页(2004)，Pirovana等人著；禾卩"MorphingMemory",发表于IEEESpectrum,第167巻，第363-364页(2005)，Weiss著。硫属化物材料的行为(包括转换、存储和积累)和化学组成已经描述在例如下列美国专利Nos.6，671，710;6，714，954;6.087，674;5，166，758;5，296，716;5，536，947;5，596，522;5，825，046;5，687，112;5，912，839;和3，530，441中，它们的公开内容经此弓l入本文作为参考。这些参考文献提出控制硫属化物材料行为的机制。这些参考文献也描述了从结晶态经由一系列部分结晶态向非晶态(反之亦然)的结构转化，其中在电和光学硫属化物器件的操作过程中，结晶和非晶区的相对比例改变。硫属化物材料和器件的当前商业发展也趋向于制造器件阵列。硫属化物材料提供了可根据传统二进制数据存储或根据多级方案(multilevelscheme)运行的高密度存储、逻辑和神经阵列的希望。硫属化物阵列进一步提供在单芯片上集成存储和数据处理能力由此实现高速、低成本和高功能运行的前景。为了进一步拓展硫属化物相变存储器和开关的商业前景，必须考虑硫属化物材料的化学和物理性质的改进以及制造方法的精细化。在大多数目前考虑的近期存储用途中，硫属化物材料以二进制模式操作，其中存储态对应于或大致对应于置位态和复位态，因为这些状态提供电阻的最高对比，因此有利于在读出过程中识别该材料的状态。现有技术中已确定的一个突出问题涉及硫属化物存储器件的置位电阻和/或复位电阻在制成的器件的前几个操作周期中的可变性。在硫属化物存储器件的典型制造法中，硫属化物材料以动力学抑制状态或其它结构无序状态沉积在下部电触点上，随后在该硫属化物材料上沉积上部电触点。该器件在制成后和在施加电流脉冲之前的电阻可被称作该器件的原始电阻(Rgfe)。随后施加电流脉冲以使该材料达到具有初始置位态电阻(RW4,。)的初始置位态。通过施加更高幅度的电流脉冲，可将该初始置位态复位至第一复位态。通过施加置位电流脉冲以产生具有置位态电阻R胃^的另一置位态，可使该第一复位态置位，该过程可重复多个置位_复位周期。对于循环时达到的各置位态，可以测量电阻R胃fi,n，其中R^n对应于在该器件复位n次后获得的置位态的电阻。当比较不同周期(用不同的n值表示)的Rgfe和R胃^n的值时，常在前几个周期观察导原始电阻值和置位电阻值的显著差异。最显著变化通常发生在Rgfe和R胃fi,。之间，且偏差从RW4,。到到RW4,2等递减直至置位电阻值稳定。复位态的电阻也出现类似的可变性。对实际存储用途而言，置位电阻或复位电阻的可变性都不合意，因为这些电阻常用作存储态的指征。置位电阻或复位电阻的可变性降低了可靠和可再现地建立和检测存储状态的电路裕度。为了消除现有技术器件中的可变性问题，必须在硫属化物存储器件用于实际应用之前经过定型过程(formationprocess)。该定型过程包括该器件的制造后电调节并且要求对该器件施以足够数量的置位_复位周期以稳定该器件的置位态和/或复位态电阻，以使该器件准备好用于其预期最终用途。在硫属化物开关材料中存在类似的定型或调节需要，其中在前几次开关事件过程中通常观察到阈电压的可变性，直至达到稳定的阈电压。由于与该定型过程相关的时间和花费，最好将其简化(例如通过减少达到稳定器件性能所需的循环次数)或完全消除。—般而言，有两个主要因素可能造成硫属化物存储和开关器件的电阻和阈电压的可变性。首先，硫属化物材料的化学组成和/或物理特性可能影响该硫属化物在沉积时的结构状态及其在置位和复位态之间循环时的变化程度。稳定的置位电阻、复位电阻和阈电压可能要求该硫属化物在多个置位、复位和/或开关周期中的稳定和一致的结构构成。该结构在多个周期中的变化程度可能取决于该硫属化物的组成。组成可能影响置位时形成的结晶相的晶体结构、表现为特定电阻值的结晶相域与非晶相域的相对比例、结晶和非晶相域的空间排列、以及与结构重排和相变相关的动力学和热力学能垒。一些或所有这些因素可能影响硫属化物器件的置位电阻、复位电阻和/或阈电压。在共同待审的专利申请11/451，913('913申请，2006年6月13日提交)、11/200，466('466申请，2005年8月9日提交)和11/301，211('211申请，2005年12月12日提交)(它们的公开内容经此引入本文作为参考)中，已经描述了通过改变化学组成来改善硫属化物器件的置位和复位电阻的可变性。更具体地，该'913、'466和'211申请公开了一类包含Ge、Sb和Te的硫属化物材料，所述材料与标准现有技术硫属化物合金如Ge2Sb2Te5相比含有相对低浓度的Ge和/或Te。该新材料据显示降低或消除从原始状态初始循环时的置位电阻可变性，并且只需更少或O周期就可以完成定型。可能造成硫属化物材料的电阻和/或阈电压的可变性的第二因素是硫属化物材料与硫属化物器件中的上部和/或下部电触点之间的界面品质。由于硫属化物器件的实测电阻包括触点界面区域的电阻，界面特性的可变性可能造成电阻值的可变性。因此，需要改进界面品质及其对硫属化物器件的置位电阻、复位电阻、编程电流和/或阈电压的可再现性和一致性的影响以及延长该器件的实际寿命。发明概述本发明提供了硫属化物存储和开关器件的示例性实施方案，该器件包括在两个电端子之间延伸的含存储或开关材料的活性区。在一个实施方案中，该活性区包括两层或更多层，且至少一层包括硫属化物材料。在另一实施方案中，该活性区的至少一层是包括硫属5化物材料和作为组分分布在其中的促进剂材料的异质层。该促进剂组分作为一个或多个离散区域分布在该异质层内并提供性能益处，如该异质层和电触点之间的降低的界面电阻、对器件运行的较不严格的调节要求、较低复位电流、该活性区的复位电阻与置位电阻之间的更高对比，和该活性区的提高的置位速度。提供了根据示例性实施方案的电子器件。该电子器件包括第一端子、第二端子以及与第一和第二端子电连通的存储材料活性区。该存储材料活性区包括第一层和第二层。在一个实施方案中，第一层是包括操作组分和促进剂组分的异质层。操作组分可以是硫属化物材料、存储材料或开关材料。促进剂组分作为一个或多个离散区域分布在该异质层内并通常被操作组分围绕。促进剂组分通常是绝缘或电阻材料并且可以是化学组成与硫属化物材料的化学组成可区别的氧化物、氮化物、硫属化物或非硫属化物材料。在一个实施方案中，第二层是硫属化物材料。在另一实施方案中，第二层是包括促进剂组分的硫属化物材料。提供了根据另一示例性实施方案的电子器件。该电子器件包括第一端子、第二端子和从第一端子延伸到第二端子的活性区。该活性区包括与第一端子电连通的第一层、与第二端子电连通的第二层和位于第一和第二层之间的第三层。第三层与第一和第二层电连通。第一、第二和第三层中的一层或多层可以是硫属化物材料、存储材料或开关材料。第一、第二和第三层中的一层或多层可以是包括操作组分和促进剂组分的异质层。附图简述图1是硫属化物材料的电阻作为能量或电流的函数的示意图；图2是硫属化物材料的电流与电压关系的对称实施方案的示意图；图3-5显示了根据本发明具有均质和/或异质材料层的各种组合的双层器件的实施方案；图6是在双层器件的活性区中包括200A厚的Ge^b3/Te化底层和550A厚的Ge2Sb2Te5上层的双层器件的电阻与电流关系。图7是图6的双层器件的电流与电压关系；图8显示了图6的双层器件经多个运行周期的复位电阻和置位电阻；图9显示了在双层器件的活性区中包括200A厚的含8%Si02的Ge18Sb37Te45底层和550A厚的Ge2Sb2Te5上层的双层器件的电阻与电流关系。图10显示了图9的双层器件的电流与电压关系；图11显示了图9的双层器件经多个运行周期的复位电阻和置位电阻；图12显示了在双层器件的活性区中包括200A厚的Ge^bJ^底层和550A厚的含8%Si02的Ge2Sb2Te5上层的双层器件的电阻与电流关系；图13显示了图12的双层器件的电流与电压关系；图14显示了图12的双层器件经多个运行周期的复位电阻和置位电阻；图15显示了在双层器件的活性区中包括200A厚的Ge^b3/Te45底层和550A厚的含10%Si02的Ge2Sb2Te5上层的双层器件的电阻与电流关系；图16显示了图15的双层器件的电流与电压关系；图17显示了图15的双层器件经多个运行周期的复位电阻和置位电阻；图18显示了本文所列的双层器件的各种构造的电阻与电流关系的比较。示例性实施方案详述尽管已经根据某些优选实施方案描述了本发明，但本领域普通技术人员显而易见的其它实施方案，包括不提供本文所述的所有益处和特征的实施方案，也在本发明的范围内。相应地，仅参照所附权利要求限定本发明的范围。硫属化物器件领域中的挑战之一是识别优化器件性能的活性硫属化物材料与周围器件结构的有效组合。硫属化物存储器件的合意性能特性为高复位电阻、低置位电阻、快置位速度、长循环寿命、低复位电流、稳定和可再现的操作以及几乎或完全不需要制造后的定型。理想地，希望在可制造的器件结构内用单一硫属化物材料同时实现所有的优选操作特性。但是，实际上，据发现，一些含意操作特性的优化以牺牲其它合意操作特性为代价。例如，Ge^VI^是广泛使用的硫属化物材料。Ge2Sb2Te5提供高复位电阻和低复位电流的优点，但具有高原始电阻、慢置位速度、高置位电阻和相对费力的定型要求的缺点。不希望受制于理论，但被认为部分造成Ge2Sb2Te5的有害操作特性的因素的一个因素是在Ge2Sb2Te5和该器件结构的向Ge2Sb2Te5提供电信号的触点之间形成的低品质界面。触点在本文中也可能被称作电触点、端子或电极。已经实验确定，难以在Ge^VTe5和常用作触点的许多较高电阻材料之间形成良好接触。不能形成良好接触被认为有助于基于Ge2SVTe5的器件的高原始电阻和置位电阻和这类器件经过长期循环的失效。根据一种理论，通过形成氧化锗相，损害Ge^VTe5与电触点的界面。据信，在器件制造过程中或在器件在反复置位-复位周期中的运行过程中发生氧化锗相的形成。氧化锗相的特性可能随时间经过或在循环时演化，且这种演化导致需要在最终用户实际操作之前调节该器件。此外，如一般而言氧化物那样，氧化锗相是电阻性的并具有使器件的置位电阻显著提高到高于硫属化物材料的结构状态所指示的电阻的效应。减小氧化锗相有害作用的要求推动了共同待审的专利申请11/451，913('913申i青);11/200，466('466申请);和11/301，211('211申请)(它们的公开内容经此引入本文作为参考)中描述的发明。'913、'466和'211申请涉及具有相对较低Ge浓度的硫属化物材料。硫属化物组合物中Ge浓度的降低预计会抑制氧化锗相的形成和改进硫属化物器件的性能。如'913、'466和'211申请中所述，低Ge浓度的硫属化物合金表现出低原始电阻及置位电阻和极大降低的定型需要。这表明在低Ge浓度的硫属化物合金和普通电极材料之间形成改进的界面。这种改进的界面可归因于抑制电阻性氧化锗相的形成和/或在低Ge浓度的硫属化物合金与普通电极材料之间形成低电阻触点。低Ge浓度的硫属化物合金还表现出改进的置位速度。但是，包括低Ge浓度的硫属化物合金的器件与包括Ge^VTe5的器件的全面比较性的性能评估表明，低Ge浓度的硫属化物合金造成较低的复位电阻和较高的复位电流。基于低Ge浓度的硫属化物器件和Ge2Sb2Te5器件可得的结果，希望在单一器件系统中组合各有益特征。本发明部分涉及这一目的。本发明提供了在实现高复位电阻和/或低复位电流的同时在硫属化物材料与具有两个或更多个端子的硫属化物存储或开关器件的一个或多个电触点之间具有改进的界面的硫属化物器件。本发明的目的在于获得在活性硫属化物材料和电触点的界面处具有低电阻的硫属化物器件。硫属化物材料和电触点界面处的电阻在本文中可以被称作界面电阻或接触电阻。硫属化物器件的实测电阻包括顶触点和底触点的电阻、顶触点和底触点处的界面电阻和位于顶触点和底触点之间的硫属化物材料的电阻。位于顶触点和底触点之间并远离界面的硫属化物材料在本文中可能被称作本体硫属化物材料。位于顶触点和底触点之间的器件区域在本文中可能被称作该器件的活性区，且位于该活性区内的材料在本文中也可能被称作该器件的活性材料。如果活性区包括硫属化物材料，其也可能被称作活性硫属化物区域。通常合意的是，硫属化物器件的实测电阻主要受本体硫属化物材料的电阻控制。这一目的是合意的，因为在相变(例如一定体积的硫属化物材料内非晶和结晶区的相对比例的变化)时发生的硫属化物材料的电阻差异可用于识别和确定不同的存储状态。为了使存储器件有效，不同存储状态的电阻必须容易识别以便精确和非二义性地读出该器件中存储的信息。如果顶触点和/或底触点处的界面电阻由于存在持久电阻相(如氧化锗)而很高，则可靠识别不同存储状态的能力就可能受损。例如，考虑在界面处的电阻无限大这一极限情况。在此情况下，无论本体硫属化物材料的电阻如何，该器件的实测电阻无限大。因此，硫属化物材料的状态对实测电阻没有影响，且伴随着硫属化物材料相变的电阻变化变得不可检测。在这种情况下，由硫属化物材料的不同结构状态表示的不同存储状态变得不能根据器件电阻的测量结果识别和分辨。但是，随着界面电阻降低，本体硫属化物材料对实测电阻的贡献提高，且伴随着其结构状态变化的硫属化物材料电阻变化对实测电阻提供更有意义的贡献。检测和分辨不同存储状态的能力相应改进。在没有界面电阻的极限情况中，器件的实测电阻受本体硫属化物材料的电阻控制，且本体硫属化物材料电阻的任何变化都变得更易检测。界面电阻问题对器件置位态而言最为显著，因为置位态的硫属化物电阻最低，这意味在该器件处于置位态时界面电阻对实测电阻具有成比例的更高影响。控制界面电阻的策略原则上包括改变电触点所用材料，或改变硫属化物存储或开关材料的组成。由于电触点所用材料通常受工艺要求限制，合意地将形成高品质、低电阻触点的硫属化物材料确定为是表现最好、最便利和广泛使用的电触点材料。这正是本发明中追求的一个策略。除了在上触点和/或下触点处的低界面电阻外，存储器件的存储状态跨越宽电阻值范围也是合意的。在二进制存储器件的情况下，宽电阻值范围提供存储状态的更高分辨(一般为置位态和复位态)，并简化这两种状态的辨别。在多态存储器件中，宽电阻值范围在状态之间的给定分辨力下提供更大数量的存储状态。因此，在达到改进界面电阻的目的时，优选在保持置位态和复位态电阻的巨大差异同时实现这一点。如下文进一步详述，本发明的实施方案提供表现出高品质、低电阻界面的硫属化物器件。实施方案还包括具有低电阻界面以及高电阻复位态的硫属化物器件。本发明的实施方案包括具有活性区的硫属化物器件，该活性区包括两层或更多层，其中各层具有不同化学组成且至少一层包含硫属化物材料。本文所用的活性区是指位于电子器件，如存储或开关器件的两个或更多个触点之间的区域。在一个实施方案中，电子器件是硫属化物器件，其中活性硫属化物区位于两端子器件构造的上触点和下触点之间。在一个实施方案中，活性区包括具有可区别的化学组成的两个硫属化物层。在此实施方案中，层之一被设计成提供与上触点或下触点的高品质和/或低电阻界面，而另一层被设计成至少一种性能特性优于另一层的同一特性。在一个实施方案中，一层为8Ge2SVTe5或富Ge合金，另一层为贫Ge的硫属化物合金，如'466和'211申请中所述的那些。在另一实施方案中，一层为Ge2Sb2Te5或富Ge合金，另一层为Sb或富Sb合金。本发明的另一些实施方案包括含有三层(硫属化物和/或Sb)的活性区，其中上层与上触点形成界面，下层与下触点形成界面，第三层位于上硫属化物层和下硫属化物层之间。在此实施方案中，上硫属化物界面层和下硫属化物界面层被设计成提供分别与上触点和下触点的高品质和/或低电阻界面，而剩下的中间层被设计成一种性能特性优于上硫属化物层和/或下硫属化物层中的同一特性。上硫属化物界面层和下硫属化物界面层可具有相同或不同的组成，而中间硫属化物层具有不同于上硫属化物界面层和下硫属化物界面层至少之一的组成。在一个实施方案中，上硫属化物界面层和下硫属化物界面层包括贫Ge或富Sb的硫属化物合金，如'913、'466和'211申请中所述的那些，而中间硫属化物层为Ge2Sb2Te5。通过在器件的活性区中组合具有不同硫属化物组成的两层或多层，本发明通过获益于单一器件结构中不同组合物的合意特性而实现改进的性能特性。例如，可在单一器件结构中实现Ge^bJes的有益复位电阻和贫Ge硫属化物组合物的低原始电阻。另外，如下文更充分讨论的那样，通过在至少一层内进一步混入促进剂材料，可以在同时改进硫属化物材料、存储材料或开关材料与一个或多个电触点之间的界面品质的同时改进相变器件性能(如降低的复位编程电流)。在描述示例性实施方案之前，回顾硫属化物材料的基本操作原理是有帮助的。如上所述，在硫属化物存储器件和器件阵列运行过程中硫属化物材料的重要特征是它们在两个或更多个结构状态之间发生相变的能力。(存储用途中相变的重要性已促使一些人将硫属化物材料称为相变材料，它们在本文中可以如此称呼。)硫属化物材料具有包括结晶态、一个或多个部分结晶态和非晶态在内的结构状态。结晶态可以为单晶态或多晶态。本文所用部分结晶态是指包括非晶部分和结晶部分的一定体积的硫属化物材料的结构状态。相变材料通常存在多个部分结晶态，它们可根据非晶部分和结晶部分的相对比例加以区分。分级结晶度是表征硫属化物相变材料结构状态的一种方式。结晶态的分级结晶度为100%，非晶态的分级结晶度为0%，而部分结晶态的分级结晶度在0%(非晶限)和100%(结晶限)之间连续变化。因此，相变硫属化物材料能够在0%和100%分级结晶度之间(包括0%和100%)变动的多个结构状态之间转变。通过为硫属化物材料提供能量，诱导硫属化物材料的结构状态之间的转变。各种形式的能量会影响硫属化物材料的分级结晶度，并诱导结构转变。合适的能量形式包括电能、热能、光能或在硫属化物材料中诱导电、热或光效应的其它能量形式(例如粒子束能量)。不同形式的能量组合也可诱导结构转变。通过控制硫属化物材料的能量环境，可实现分级结晶度的连续和可逆可变性。通过适当控制硫属化物材料的能量环境，可使结晶态转变成部分结晶态或非晶态，可使部分结晶态转变成不同的部分结晶态及结晶态或非晶态，并且可使非晶态转变成部分结晶态或结晶态。在下列讨论中提出与使用电能诱导结构转变有关的一些考虑因素。使用电能诱导结构转变通常依赖对硫属化物材料施加电(电流或电压)脉冲。通过控制施加到硫属化物材料上的电脉冲的大小和/或持续时间，可连续改变分级结晶度。电能对硫属化物材料结构的影响通常用随提供的电能量或向硫属化物材料施加的电流或9电压脉冲的大小，硫属化物材料的低场电阻的变化来描绘。硫属化物材料的低场电阻(R)作为电能或电流脉冲大小的函数(能量/电流)的示意图显示在本文的图1中。图l显示由不同大小的电能或电流脉冲造成的硫属化物材料的低场电阻变化，并且通常可被称为电阻与电流曲线图或R-I曲线图。电阻曲线图包括硫属化物材料对电能的两个特有响应区。这些区用图1所示的垂直虚线IO大致划分界线。线10左侧的区可称为硫属化物材料的积累区。积累区的特征在于，随着电能增加，电阻接近恒定或逐渐变化，在达到逾渗通路时电阻陡降至极点。逾渗是指在本来不导电的介质中建立导电通路，例如砂中的钢球轴承。如果球轴承的百分比小，则在这种介质中的导电性极小。在一些百分比下，球轴承会接触和形成导电通路，此后球轴承百分比的进一步增加不会显著改变导电性。因此，积累区在能量增加的方向上从电阻曲线图的最左点20延伸通过坪区(统一由30表示)(其相当于产生的电阻变化小或逐渐变化的点范围)直至在电阻陡降后的置位点或状态40。坪区30可以是水平的或倾斜的。电阻曲线图的左侧被称作积累区，因为在施加能量时硫属化物材料的结构状态连续演化，且结构状态的分级结晶度与所施加能量的总积累相关。最左点20相当于积累区中具有最低分级结晶度的结构状态。此状态可以是完全非晶的，或可含有一些残余结晶含量。随着能量的加入，分级结晶度提高，且硫属化物材料在施加能量增加的方向上沿坪区30在多个部分结晶态之间转变。所选择的积累状态(在积累区中的结构状态)在图1中用方块标出。在所施加能量的阈量积累后(此时建立逾渗通路)，硫属化物材料的分级结晶度充分提高以实现以电阻显著降低为特征的置位转变和置位态40的稳定。就它们在坪区30内在施加能量增加的方向上演化并且只有通过使硫属化物材料非晶化或复位才可逆的意义上，积累区中的结构转变是单向的。通过施加必需的能量或电流，图1所示的特性在使含硫属化物材料的器件置位和复位的很多周期内可再现。一旦达到复位态，就可再次施加较低幅度的电流脉冲，并且可返回硫属化物材料的积累响应。因此可以在置位态和复位态之间循环多个周期，这是用于高存储循环寿命的必要特性。尽管不希望受制于理论，但本发明人相信，在积累区内向硫属化物材料施加能量通过新结晶畴的成核或现有结晶畴的生长或其组合导致分级结晶度提高。据信，尽管分级结晶度提高，但电阻沿坪区30仅逐渐变化，因为结晶畴彼此相对孤立地形成或生长，从而防止在两个器件电极之间形成跨硫属化物材料的连续结晶网络。此类结晶可被称作亚渗透结晶。置位转变与渗透阈(其中在两个器件电极之间的硫属化物材料内形成连续互连结晶网络)一致。例如，在结晶畴大小增加到足以撞到相邻畴时，可能形成此类网络。由于硫属化物材料的结晶相的电阻性小于非晶相，渗透阈相当于穿过硫属化物材料形成连续低电阻导电通路。因此，渗透阈的标志是硫属化物材料的电阻显著降低。积累区的最左点可能是非晶态或缺乏连续结晶网络的部分结晶态。亚渗透结晶以初始非晶态或部分结晶态开始，演变通过具有越来越高分级结晶度的多个部分结晶态，直至达到渗透阈并发生置位转变。图1线10右侧的区域可称作直接重写区。直接重写区从置位态40延伸通过多个中间态(统一由50表示)至复位点或复位态60。直接重写区中的各种点可以被称作硫属化物材料的直接重写态。所选择的直接重写态在图1中用圆标出。如图l中所示，可以通过向硫属化物材料施加电流或能量脉冲来诱发在直接重写区中的结构转变。在直接重写区中，硫属化物材料的电阻随施加电脉冲的大小而变。直接重写区中特定状态的电阻是硫属化物材料的该结构状态特有的，且硫属化物材料的结构状态由在直接重写区中施加的电流脉冲的大小决定。硫属化物材料的分级结晶度随电流脉冲大小的增加而降低。对置位点40处或附近的直接重写状态而言，分级结晶度最高，并随着接近复位态60而逐渐降低。硫属化物材料从在置位态40的具有连续结晶网络的结构状态转变成在复位态60的没有连续结晶网络的非晶或基本非晶或部分结晶的结构状态。施加大小渐增的电流脉冲具有将结晶网络部分转化成非晶相的作用，并最终导致在硫属化物材料中连续高导电性结晶通道的破坏或中断。因此，在直接重写区，硫属化物材料的电阻随施加电流脉冲的大小提高而提高。与积累区对比，在直接重写区中发生的结构转变可逆并且为双向的，该区域由此得名。如上所示，直接重写区中的各状态可通过其电阻和电流脉冲大小识别，其中该电流脉冲大小的施加诱导造成该状态的特定电阻值的分级结晶度变化。后继电流脉冲的施加可能相对于该硫属化物材料初始状态的分级结晶度提高或降低分级结晶度。如果后继电流脉冲的大小高于建立初始状态所用的脉冲，则该硫属化物材料的分级结晶度降低，且结构状态从初始状态沿直接重写电阻曲线以更高电阻复位态的方向转变。类似地，如果后继电流脉冲的大小小于建立初始状态所用的脉冲，则该硫属化物材料的分级结晶度提高，且结构状态从初始状态沿直接重写电阻曲线以更低电阻置位态的方向转变。在OUM(双向合一(或通用)存储器)中，硫属化物材料的直接重写状态被用于规定存储器件的分立能级。最常见地，存储器件为二进制存储器件，其采用直接重写状态中的两个作为存储状态，其中分立的信息值(例如"0"或"1")与各状态关联。因此，各存储状态相当于硫属化物材料的不同结构状态，并且由于各结构状态由例如图1中的直接重写状态所例举的不同电阻值表征，可通过测量材料(或器件)的电阻来读出或识别该状态。将硫属化物材料转变成与特定存储状态相关联的结构状态的操作在本文中可被称为将该硫属化物材料编程，写入该硫属化物材料或在该硫属化物材料中存储信息。为了有利于读出和使读出误差最小化，如上所述，选择二进制存储器件的存储状态以使两种状态的电阻对比大是合意的。在二进制存储用途中通常选择置位态(或接近置位态的状态)和复位态(或接近复位态的状态)作为存储状态。电阻对比取决于如硫属化物的化学组成、器件中硫属化物材料的厚度和器件几何之类的细节。例如，对于典型双端子器件结构中的具有组成Ge^Sl^Te5e、大约600埃(A)厚度和低于约O.l微米(ym)孔径的相变材料层而言，复位态的电阻为大约100-1000千欧姆(kQ)，置位态的电阻低于大约10kQ。相变材料一般表现出大约100-1000kQ的复位态电阻，和大约0.5-50kQ的置位态电阻。在优选的相变材料中，复位态电阻比置位态电阻大至少两倍。除二进制(每器件一位)存储用途外，通过从直接重写状态中选择三个或更多个状态并将信息值与各状态相关联，该硫属化物材料也可用作非二进制或每器件多位的存储器件，其中各存储状态对应于硫属化物的不同结构状态并以不同的电阻值为特征。除存储材料外，本发明进一步拓展至开关材料。硫属化物材料的代表性电转换特性示意性显示在图2中，其显示了硫属化物材料的I-V(电流_电压)特性。图2中所示的I-V特性可方便地通过考虑简单二端子器件构造来描述，其中两个隔开放置的电极与硫属化物材料接触，且电流(I)相当于在两个电极之间经过的电流。该i-v曲线显示了通过硫属化物材料的电流作为在该器件上施加的电压的函数，该器件包括硫属化物薄膜和两个电极。该材料的i-v特性通常相对于外加电压的极性对称。为方便起见，我们在下列硫属化物开关性能的简要讨论中参考图2的I-V曲线图的第一象限(电流和电压都为正的部分)。类似描述适用于该i-v曲线图的第三象限。根据本发明的硫属化物材料的I-V曲线包括电阻分支和导电分支。在图2中标注这些分支。电阻分支相当于如下分支——其中在提高施加于该器件上的电压时，通过该材料的电流仅略微提高。这一分支在该I-V曲线图中表现出小斜率，并在图2的第一和第三象限中看起来更接近水平线。导电分支相当于如下分支——其中在提高施加于该器件上的电压时，通过该材料的电流显著提高。这一分支在该I-V曲线图中表现出大斜率，并在图2的第一和第三象限中看起来更接近垂直线。图2中所示的电阻和导电分支的特定斜率是示意性而非限制性的，实际斜率取决于硫属化物材料的化学组成、厚度等以及取决于诸如周围电路元件的电阻、载荷、电容等参数。无论实际斜率如何，导电分支都一定表现出比电阻分支大(陡)的斜率。当器件条件导致用该i-v曲线的电阻分支上的点描述该硫属化物材料时，该硫属化物材料或器件可以被说成处于阻态。当器件条件导致用该i-v曲线的导电分支上的点描述该硫属化物材料时，该硫属化物材料或器件可以被说成处于导电态。本发明的硫属化物材料运载电流的容量可以参照图2描述。我们一开始考虑二端子器件构造，其中在端子之间不存在电压差。当在该硫属化物材料上不施加电压时，该材料处于阻态且没有电流流过。这种状况相当于图2中所示的I-V曲线图的原点。随着外加电压提高，该硫属化物保持阻态，直至阈电压(在图2的第一象限中标作Vt)。对0和Vt之间的外加电压而言，该i-v曲线的斜率的量级小并表明该硫属化物材料具有高电阻——描述I-V曲线的这一部分所用的术语"电阻分支"中反映的情况。该高电阻意味着低导电性，因此，随着外加电压提高，流过该材料的电流仅微弱提高。当外加电压等于或超过阈电压时，硫属化物材料从电阻分支转变或转换至该I-V曲线的导电分支。该转换事件几乎瞬间发生并用图2中的虚线描绘。在转换时，器件电压显著降低且器件电流变得对该器件电压的变化敏感得多。只要保持图2中标作Ih的最小电流，该硫属化物材料就留在导电分支中。我们将Ih称作保持电流，并将相关电压Vh称作该器件的保持电压。如果改变器件条件以使电流变得小于Ih，则该材料通常回到该i-v曲线图的电阻分支并要求重新施加阈电压以恢复导电分支上的操作。如果电流仅瞬间(例如时间少于该硫属化物材料的恢复时间)降至低于Ih，则可能在使电流恢复至Ih或高于Ih时恢复该硫属化物的导电态。在图2中所示的I-V曲线图的第三象限中出现类似的转换行为。在认识到第三象限中i-v曲线的负极性的情况下，第三象限中的转换行为和电流特性类似于上文对第一象限所描述的。例如，在第三象限中，量级高于负阈电压量级的外加电压诱导从电阻分支向导电分支的转变或转换。12许多硫属化物存储材料也发生与图2中所述类似的转换过程。但是，由于硫属化物存储材料发生相变，不能简单地通过移除外加电压来使它们的转换可逆。相反，硫属化物存储材料的操作特性受上图1中所述的相变特性支配。最有效的开关材料抵抗相变并通常保持单相。许多硫属化物开关材料例如在从阻态向导态转变的过程中保持非晶相。已经研究了宽范围的硫属化物组合物以试图优化硫属化物存储或开关器件的性能特性。硫属化物材料通常包括硫属元素和一种或多种化学或结构改性元素。硫属元素(例如Te、Se、S)选自周期表的第VI列，改性元素可选自周期表的第III列(例如Ga、Al、In)、第IV列(例如Si、Ge、Sn)或第V列(例如P、As、Sb)。改性元素的作用包括在包含硫属元素的链之间提供支化或交联点。第IV列改性剂可充当四配位改性剂，其包括在硫属化物链内的两个配位位置和允许从硫属化物链上支化或交联的两个配位位置。第III列和第V列改性剂可充当三配位改性剂，其包括在硫属化物链内的两个配位位置和允许从硫属化物链上支化或交联的一个配位位置。本发明器件的实施方案包括三元、四元和更高元硫属化物合金。下面更详细描述硫属化物组合物的所选具体实施方案。包含元素Ge、Sb和/或Te的硫属化物合金是用于电和光学器件的最有希望的材料之一。如上所示，合金Ge^VTe5广泛用于硫属化物电存储器件。Ge2Sb2Te5是位于三元Ge-Te-Sb相图的Ge2Te3-Sb2Te3结线上的合金之一。结线的其它合金也广泛使用，并且在本发明的范围内。此外，偏离结线的合金，如'913、'466和'211申请中所述的那些，也在本发明的范围内。本发明的实施方案提供包括用于改进电极界面性质的硫属化物材料的电子器件，该硫属化物材料的组成包括Ge和Sb。在一个实施方案中，Ge的原子浓度为11%至21%。在另一实施方案中，Ge的原子浓度为13%至20%。在另一实施方案中，Ge的原子浓度为15%至18%。在一个实施方案中，Sb的原子浓度为22%至65%。在另一实施方案中，Sb的原子浓度为28%至43%。在另一实施方案中，Sb的原子浓度为32%至35%。在前述各实施方案中，对各元素指示的组成范围包含端点组成在内。本发明进一步包括存储和电子器件，其包括用于改进电极界面性质的具有在上述浓度范围内的Ge和Sb以及Te的硫属化物材料。在一个实施方案中，Te的原子浓度为28%至55%。在另一实施方案中，Te的原子浓度为43X至55X。在另一实施方案中，Te的原子浓度为48%至51%。在前述各实施方案中，对各元素指示的组成范围包含端点组成在内。本发明的另一些实施方案包括硫属化物器件，其包括用于改进电极界面性质的具有Ge和Sb的材料，其中Ge的原子浓度小于或等于20%，Sb的原子浓度大于或等于30%。在一个实施方案中，Ge的原子浓度小于或等于16%，Sb的原子浓度大于或等于40%。在另一实施方案中，Ge的原子浓度小于或等于12%，Sb的原子浓度大于或等于50%。在另一些实施方案中，本器件包括具有前述Sb原子浓度和11%至19%，更优选13%至18%，最优选15%至17%Ge原子浓度的硫属化物材料。在另一些实施方案中，硫属化物材料包括前述原子浓度的Ge和Sb，并进一步包括Te。在一个实施方案中，Te的原子浓度小于或等于50%，更优选为20%至50%。在另一实施方案中，Te的原子浓度小于或等于40%，更优选为30%至40%。在另一实施方案中，Te的原子浓度小于或等于30%。在另一些实施方案中，器件包括用于改进电极界面性质的硫属化物合金，所述合13-65%的Sb浓度和28%-55%的Te浓度。在另一实施方案中，合金为具有13%-20%Ge浓度、28%-43%Sb浓度和43%-55%Te浓度的材料。在一个实施方案中，合金为具有15%-18%66浓度、32%-35%Sb浓度和48%-51%Te浓度的材料。在下表1中提供适合包含在本发明器件的活性区的一层或多层中的硫属化物材料的代表性清单，其旨在举例说明而非限制性的。表1硫属化物材料硫属化物材料硫属化物材料Ge25Sb4oTe35Ge，55Sb45.5Te38.9Ge42Sb43Te15Ge25.0Sb35,5Te39.5Ge13.5Sb53Te33.5Ge42.0Sb38.5Tei9.5Ge25Sb25Te5oGei3.3Sb48.8丁e37.8Ge37.8Sb,7.sTe44.4Ge22,2Sb22.2Te55.5Geii.iSb6u丁e27.8Ge36.Sb36.iTe27.8Ge2oSb65Te|5Ge11.1Sb56.6Te32.3Ge31Sb54Te15Ge2o.oSb6o.5丁ei9.5Geo.09Sbo.69Teo.22Ge31力Sb49.5Te19.5Ge20Sb30Te50Geg.9Sb64.4Te26.7Ge3O.5Sb30.5丁e38.9Ge则Sb25,5Te54.5Ge7Sb77TenGe25,2Sb4o.7Te35.iGen.8Sb37.8Te44.4Ge6.7Sb72.2Te212Ge25Sb50Te25Ge17.8Sb33.3Te48.9Ge25Sb45Te30Gei5.6Sb4i,i丁e43.4本发明的示例性实施方案预计包括可以合并在电子器件的活性区中的两种或更多种硫属化物、存储和/或开关材料。例如和在一个实施方案中，这些材料可散布或共混在电子器件的活性区内。在另一实施方案中，这些材料可作为一层或多层依次沉积，其中各层相当于一种均匀组合物。如下文更充分描述的那样，本发明进一步考虑具有包括一层或多层异质层的活性区的电子器件，其中异质层包括操作组分和促进剂组分。在另一实施方案中，这些层垂直布置在上触点和下触点之间，且各层延伸跨过活性区的横向直径。在再一实施方案中，具有第一化学组成的存储层与该器件的一个端子物理接触，且具有第二化学组成的存储层与该器件的第二端子物理接触。在另一示例性实施方案，在该存储器件的活性区中可以使用硫属化物存储材料以外的相变存储材料。如上所述，包括与Ge2Sb2Te5结合的贫Ge的硫属化物组合物的存储或开关材料提供与电子器件中常用的电端子的高品质界面特性。如'913申请中所讨论，Ge^bJes存储材料在用作存储器件中的单层存储材料时不能提供合意的低原始电阻。本发明的示例性实施方案涉及将电子器件的活性材料改性以改进该器件的性能特性。在一个示例性实施方案中，与硫属化物、存储或开关材料一起使用促进剂材料以改进性能。促进剂材料可以例如提高硫属化物、存储或开关材料与电子器件的一个或多个电触点或端子之间的界面品质。在一个实施方案中，促进剂材料用于降低活性材料与器件的电触点之间的界面电阻。在另一实施方案中，促进剂材料用于抑制硫属化物、存储或开关材料14与器件的电触点之间的界面处的电阻性氧化物的形成。在本发明器件的活性区中与硫属化物、存储或开关材料一起掺入促进剂材料可能实现的示例性有益性能特性包括下列一种或多种与不含该促进剂材料的电子器件相比，降低原始电阻、降低置位电阻、提高复位电阻、提高置位电阻与复位电阻之间的对比、降低复位电流、改进置位电阻和复位电阻值在重复周期中的一致性、使器件运行(包括性能参数，如置位电阻、复位电阻和阈电压)稳定化所需的调节或定型周期数最小化、和延长循环寿命。在一个示例性实施方案中，促进剂材料是与硫属化物、存储或开关材料结合以改进该器件的一个或多个性能特性的元素或化合物，包括它们的组合。例如和在一个实施方案中，双层存储材料的层之一包括促进剂材料，如Si02或SiOx以改进在活性区中包括双层硫属化物、存储或开关材料的器件的性能。促进剂材料可以例如降低活性材料与器件的电触点之间的界面处的电阻。在另一示例性实施方案中，双层活性区材料的两个层陡包括一定量的Si02或SiOx以改进该器件的性能特性。除Si02夕卜，本发明的促进剂材料包括其它氧化物(例如金属或非金属氧化物)、氮化物(例如SiNx、TiNx)、碳化物(例如SiC)、其它绝缘或电阻材料、非硫属化物材料或类似物。可以通过各种化学和物理加工技术将促进剂材料与硫属化物、存储或开关材料混合在电子器件的活性区中。总的目的是形成包括促进剂材料和硫属化物、存储或开关材料的组合的活性区或活性区内的层。在优选实施方案中，硫属化物、存储或开关材料是相变材料。在一个实施方案中，促进剂材料与硫属化物、存储或开关材料的组合是组成上的异质区或层，其中促进剂材料以分散组分形式存在。在一个实施方案中，以共-溅射法形成异质层或区，其中同时或部分同时溅射促进剂材料和硫属化物、存储或开关材料。在另一实施方案中，以化学或物理气相沉积法通过在沉积过程中引入促进剂材料的前体和存储或开关材料的前体并同时形成促进剂材料和硫属化物、存储或开关材料，形成异质层或区。据设想，在示例性实施方案中，以促进剂材料不一定在制成器件后接触端子之一的方式选择促进剂材料并与硫属化物、存储或开关材料混合。例如，促进剂材料可能有助于在硫属化物、开关或存储材料中形成时构造导电长丝以沿该长丝获得更高或更均匀的导电性。另外，促进剂材料也可能有助于减轻上述氧化锗的形成，由此促进活性区中的材料与端子之间的界面品质。促进剂材料也可能通过改进从硫属元素的未共享电子对或价态中释放电子所需的能量来促进与长丝生成相关联的电子电离或雪崩过程，从而有助于构造长丝。本发明的示例性实施方案的示意图显示在图3-5中。图3显示了包括上端子110、下端子120和活性区130的电子器件100。活性区130是包括操作组分134和促进剂组分132的异质层。操作组分也可以被称作操作材料，且促进剂组分也可以被称作促进剂材料。操作组分134是硫属化物、存储、开关或相变材料。操作组分134响应在上端子110和下端子120之间施加的电压或电流。操作组分134可能例如响应外加电压或电流从一种结构状态转变成另一种。在一个实施方案中，该结构转变是从更结晶态到较不结晶态。在另一实施方案中，该结构转变是从较不非晶态到更非晶态。在再一实施方案中，该结构转变是从一种结晶态到另一种结晶态。操作组分134也可以在施加电流或电压时从阻态转换成导态，反之亦然。促进剂132分散在操作组分134内。促进利132通常作为多个离散区分散在操作组分134内。这些离散区可以以有序或无序方式排列在操作组分134内，且不同离散区可具有相同或类似的尺寸和形状，或可具有不同尺寸或形状。如上所示，本发明的促进剂材料包括Si02、SiOp其它氧化物(例如金属或非金属氧化物)、氮化物(例如SiNx、TiNx)、碳化物(例如SiC)、其它绝缘或电阻材料、非硫属化物材料或类似物。促进剂组分132可以以各种比例掺入到异质层130中。在一个实施方案中，促进剂组分132的体积分数为1%至12%。在优选实施方案中，促进剂组分132的体积分数为3%至10%。在更优选实施方案中，促进剂组分132的体积分数为5%至8%。图4显示了包括上端子210、下端子220和活性区的电子器件200，该活性区包括异质层230和均质层240。异质层230包括操作组分234和促进剂组分232。操作组分234是硫属化物、存储、开关或相变材料。操作组分234响应在上端子210和下端子220之间施加的电压或电流。促进剂232分散在操作组分234内。促进剂232通常作为多个离散区分散在操作组分234内。均质层240可以包括硫属化物、存储或开关材料并位于异质层230上。在一个实施方案中，均质层240响应在上端子210和下端子220之间施加的电流或电压。本发明进一步考虑了其中异质层位于均质层上的双层实施方案。图5显示了包括上端子310、下端子320和活性区的电子器件300，该活性区包括异质层330和异质层340。异质层330包括操作组分334和促进剂组分332。操作组分334是硫属化物、存储、开关或相变材料。操作组分334响应在上端子310和下端子320之间施加的电压或电流。促进剂332分散在操作组分334内。促进剂332通常作为多个离散区分散在操作组分334内。异质层340包括操作组分344和促进剂组分342。操作组分344是硫属化物、存储、开关或相变材料。操作组分344响应在上端子310和下端子320之间施加的电压或电流。促进剂342分散在操作组分344内。促进剂342通常作为多个离散区分散在操作组分344内，可以包括硫属化物、存储或开关材料。本发明的另一些实施方案包括具有位于一对端子之间的含三层或更多层的活性区的电子器件。所述三层或更多层可包括一层或多层均质层和/或一层或多层异质层。均质层可包括硫属化物、存储或开关材料，异质层可包括操作组分和促进剂组分，其中操作组分可以是硫属化物、存储或开关材料，且促进剂组分如上所述。均质和异质层可相对彼此以任何次序排列。现在描述本发明的器件的示例性实施例实施例1在本实施例中，描述了根据本发明的电子器件的制造。该器件包括在活性区中的两层或更多层均质和/或异质层。本实施例中描述的器件结构是双端子器件设计，具有位于在插塞几何结构活性区中的两层或更多层，其中活性区与顶部和底部电极电接触。不同的均质和异质层依次沉积。在包括位于预制氮化难熔金属或金属合金上的厚Si(^表面氧化层的基底Si晶片上进行沉积。在绝缘层中形成直径约600A的氮化难熔金属或金属合金插塞作为底部电极。如下文进一步详述，随后在20(TC下使用脉冲DC共溅射方法，在该插塞及其周围的氧化物绝缘体上沉积一个或多个均质或异质层至750A总厚度。在作为均质层或作为异质层的操作组分的硫属化物材料的沉积中使用Ge2Sb2Te5、Ge和Sb靶。在溅射法中也包括Si02促进剂材料靶。通过在溅射法中控制功率、离子能量、暴露时间和不同靶的利用，制备不同组成的硫属化物薄膜并制备具有各种比例促进剂材料的异质层。溅射在Ar环境中进行。在下述示例性器件的活性区中包括Ge2Sb2Te5和Ge18Sb37Te45的一层或多层均质和16/或异质层。在这些示例性实施例中使用Si(^作为促进剂材料。硫属化物双层覆盖该插塞并横向延伸到周围的绝缘层。随后原位沉积顶部电极，并包括沉积在活性区上的400A碳层和沉积在该碳层上的一个或多个导电层。导电层一般包括1000A氮化钼层。在各器件设计上进行适当光刻和图案化以便对器件进行电测试，并使器件在30(TC下退火30分钟。制造根据本发明的具有均质和/或异质硫属化物层的下列组合的示例性双层器件。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage17</column></row><table>上表中所列的各器件用器件标签标注。各器件的活性区中包括的硫属化物层的组合与各层的厚度一起列出。这些层根据它们在加工成的器件中是否与下方电极或上方电极物理接触来列出。各示例性器件包括与下方电极接触的厚度200A的Ge^bJ^层和与上方电极接触的厚度550人的Ge2Sb2Te5层。选择合金Ge18Sb37Te45作为低Ge含量合金的代表性实施方案，其旨在提高与如'913、'211和'466申请中所述的器件电极形成的界面的品质。因其合意的高复位电阻而选择Ge^bJe5。如'913申请中所述，双层Gei8Sb37Te45-Ge2Sb2Te5器件具有几种性能优点。双层器件05785是包括Ge18Sb37Te45均质层以及Ge2Sb2Te5均质层的对照器件。在器件o5785的活性区中不包括促进剂材料。双层器件o5787、o5789和o5791包括一个均质层和包含Si02作为促进剂组分的一个异质层。器件o5787包括与下方电极接触的异质层和与上方电极接触的均质层。该异质层包括操作组分Ge^l^Te^和促进剂组分Si(^，其中促进剂组分的体积分数为8%。该均质层是Ge^bJes层。器件o5789包括与下方电极接触的均质层和与上方电极接触的异质层。该均质层是Ge^Sb^Te^层。该异质层包括操作组分Ge2Sb2Te5和促进剂组分Si02，其中促进剂组分的体积分数为8%。器件o5791包括与下方电极接触的均质层和与上方电极接触的异质层。该均质层是GewSl^Te^层。该异质层包括操作组分Ge2Sb2Te5和促进剂组分Si02，其中促进剂组分的体积分数为10%。对表2中所示的各类器件使用独立的基底晶片。各类器件用的基底晶片各自相同。在各基底晶片上制造器件时，制备和测试具有表2中所示的异质和/或均质层的特定组合的多个器件。在下列实施例中描述了各类器件的示例性性能特性。性能特性反映在各基底晶片上形成的多个各类器件的代表性性能结果。在各基底晶片上形成的多个器件中，各类器件的性能特性一致。该器件的操作特性在性质上类似于图1中所示的性能。在下列实施例中讨论与包括本促进剂材料的器件相关的具体性能优点。实施例2本实施例提供来自对照器件05785的电测试的选择实验结果。提供了对照样品的I-V(电流_电压)和R-I(电阻_电流)特性。通过对器件施加具有300ns脉冲持续时间和不同脉冲幅度的电压脉冲来获得实验结果。在器件的顶部电极和底部电极之间施加电压脉冲，并在施加电压脉冲的同时测量通过该器件的电流。在电压脉冲结束时，也测量该器件的电阻。在读数测量期间保持约O.l至0.4伏(V)的DC偏压。在试验下对与该电子器件串联的串联安装的(series-fixed)电阻器(R负载)施加一系列电压脉冲并获得各脉冲的数据。所施加的该系列电压脉冲始于约0.2V，并以小的增幅增加到足以复位该器件的最大电压值。在试验下，该器件的电阻和电流从该数据中作为脉冲幅度的函数获得，并以图6和7中所示的R-I和I-V曲线形式汇总。在多个操作周期中测量器件的R-I和I-V特性。不同的周期相当于使器件置位和复位的周期，其始于器件的原制成或原始状态并且继续至该器件的响应特性基本稳定。使器件性能稳定所需的周期数是使器件准备好用于其最终预期操作所需的定型或调节程度的衡量标准。如'913申请中所讨论，希望使定型该器件所需的周期数最少化，并且期望存储材料(如硫属化物材料)和一个或两个电极之间的较高品质界面会减少定型所需的周期数。图6描绘了电子器件05785在几个操作周期中的R_I特性。第一操作周期被描绘为用菱形符号标注的一系列数据点，其始于原制成的器件的原始状态并延伸至该器件达到其第一复位态。该器件在其原始状态的数据点位于图6中的0电流和大约2kQ电阻(原始电阻)处。随着电压脉冲的幅度提高，通过该器件的电流提高。器件电阻保持大致接近原始电阻直至高于1.OmA的电流通过该器件。此时，该器件的电阻显著提高，且该器件转变成其复位态。第二操作周期始于在第一操作周期结束时获得的处于复位态的器件。施加幅度递增的第二系列电压脉冲，并测量该器件的电阻和电流以产生R-I曲线图的第二迹线。第二操作周期的初始状态的电阻接近1MQ。在该第二操作周期中，当电流接近0.5mA时，器件置位至低电阻状态，在电流超过1mA时，再复位。继续该循环过程，几个周期的数据迹线显示在图6中。对照器件的R-I数据表明，该器件几乎或完全不要求定型。在第二操作周期后，观察到该器件的置位态电阻和复位态电阻几乎无变动。对照器件的R-I数据表明其具有1.5mA的复位电流。该对照器件的I-V特性显示在图7中。显示了在几个操作周期中的I-V迹线。第一操作周期的I-V迹线始于原始状态，并通过从该曲线图的原点延伸并继续至大约1.4V电压的单调递增的菱形符号描绘。对第一操作周期而言，没有观察到转换。随后的操作周期表现出如下所示的转换在电压最初提高时，通过该器件的电流几乎恒定且低，在电压达到阈电压时，观察到电流的几乎间断提高。对照器件的i-v特性在第二或第三操作周期后几乎没有表现出变动。该I-V数据表明，对照器件的阈电压为0.8V-0.9V且导电态下的电阻略高于600Q。图8显示了对照器件在大量操作周期中的几种性能特性的变动以研究该器件的耐久性和可靠性。各操作周期包括300ns置位脉冲和50ns复位脉冲。对各周期而言，测量该I-V曲线的置位电阻、复位电阻、阈电压、保持电压和导电分支中的电阻(动态电阻)。结果概括在图8中。上两条迹线显示复位电阻和置位电阻在循环时的变动。复位电阻保持稳定在大约1MQ达超过108个操作周期，此时该器件失效。置位电阻保持稳定在明显低于10kQ的值达相同周期数。图8的下三条迹线以电压递增的次序显示该器件的保持电压、导电分支(动态)电阻和阈电压的变动。所有这三种性能特性都表现出稳定的值直至该器件失效。实施例3本实施例显示来自器件05787的电测试的选择实验结果。器件o5787是根据本发明的实施方案，其包括具有异质层和均质层的双层结构。与下方电极接触的层是200A厚的异质层，其包括Ge^l^Te^作为操作组分和8^Si02作为促进剂组分。与上方电极接触的层是550A厚的Ge^VTe5均质层。如上述实施例2中所述获得器件o5787在多个周期中的I-V(电流_电压)、R-I(电阻_电流)和循环寿命特性。图9描绘了电子器件05787在几个操作周期中的R_I特性。第一操作周期被描绘为用菱形符号标注的一系列数据点，其始于原制成的器件的原始状态并延伸至该器件达到其第一复位态。该器件在其原始状态的数据点位于图9中的0电流和大约4.5kQ电阻处。随着电压脉冲的幅度提高，通过该器件的电流提高。器件电阻保持大致接近原始电阻直至大约0.8mA的电流通过该器件。此时，该器件的电阻显著提高，且该器件转变成其复位态。第二操作周期始于在第一操作周期结束时获得的处于复位态的器件。施加幅度递增的第二系列电压脉冲，并测量该器件的电阻和电流以产生R-I曲线图的第二迹线。第二操作周期的初始状态的电阻接近1MQ。在该第二操作周期中，在大约0.3mA电流下，器件置位至低电阻状态，并在电流接近lmA时，再复位。继续该循环过程，几个周期的数据迹线显示在图9中。器件o5787的R_I数据表明，该器件几乎或完全不要求定型。在第二操作周期后，观察到该器件的置位态电阻和复位态电阻几乎无变动。在活性区的层中掺入促进剂组分因此对实施例2中的对照器件观察到的有利定型性质没有显著的有害影响。器件05787的R-I数据还表明该器件具有大约1.OmA的复位电流，该电流显著低于对照器件的复位电流。结果因此表明，在双层器件的层中掺入促进剂组分提供了降低该器件的复位电流的有益作用。也观察到较低的置位电流，同时在掺入促进剂组分时维持复位电阻和置位电阻之间的大对比。器件o5787的I-V特性显示在图10中。显示了在几个操作周期中的I-V迹线。第一操作周期的I-V迹线始于原始状态，并通过从该曲线图的原点延伸并继续至大约1.4V电压的单调递增的菱形符号描绘。对第一操作周期而言，没有观察到转换。随后的操作周期表现出转换。器件o5787的I-V特性在第二或第三操作周期后几乎没有表现出变动。该I-V数据表明，器件05787的阈电压为大约0.9V且导电态下的电阻为大约850Q。器件o5787的i-v特性类似于对对照器件观察到的那些。图11显示了器件05787在多个操作周期中的几种性能特性的变动。各操作周期包括300ns置位脉冲和50ns复位脉冲。对各周期而言，测量该I_V曲线的置位电阻、复位电阻、阈电压、保持电压和导电分支中的电阻(动态电阻)。结果概括在图ll中。上两条迹线显示复位电阻和置位电阻在循环时的变动。复位电阻保持稳定在大约1MQ达超过108个操作周期，此时终止实验并且没有发生器件失效。置位电阻保持稳定在低于10kQ的值达相同周期数。图11的下三条迹线显示该器件的保持电压、导电分支(动态)电阻和阈电压的变动。所有这三种性能特性都在该实验持续期间表现出稳定的值。循环寿命试验表明在双层器件的活性区的层内掺入促进剂材料对该器件的耐久性没有有害影响。器件05787的寿命至少与对照器件的寿命一样好并可能更好。实施例4本实施例提供来自器件05789的电测试的选择实验结果。器件o5789是根据本发明的实施方案，其包括具有异质层和均质层的双层结构。与下方电极接触的层是200A厚的Ge^b3/Te化均质层。与上方电极接触的层是550A厚的异质层，其包括Ge2Sb2Te5作为操作组分和8%Si02作为促进剂组分。如上述实施例2中所述获得器件05789在多个周期中的I-V(电流_电压)、R-I(电阻_电流)和循环寿命特性。图12描绘了电子器件05789在几个操作周期中的R_I特性。第一操作周期被描绘为用菱形符号标注的一系列数据点，其始于原制成的器件的原始状态并延伸至该器件达到其第一复位态。该器件在其原始状态的数据点位于图12中的0电流和大约3.2kQ电阻处。随着电压脉冲的幅度提高，通过该器件的电流提高。器件电阻保持大致接近原始电阻直至大约1.2mA的电流通过该器件。此时，该器件的电阻显著提高，且该器件转变成其复位态。第二操作周期始于在第一操作周期结束时获得的处于复位态的器件。施加幅度递增的第二系列电压脉冲，并测量该器件的电阻和电流以产生R-I曲线图的第二迹线。第二操作周期的初始状态的电阻接近1MQ。在该第二操作周期中，在大约O.3mA电流下，器件置位至低电阻状态，并在大约lmA电流下再开始复位。继续该循环过程，几个周期的数据迹线显示在图12中。器件05789的R-I数据表明，该器件几乎或完全不要求定型。在前几个操作周期后，观察到该器件的置位态电阻和复位态电阻几乎无变动。在活性区的层中掺入促进剂组分对实施例2中的对照器件观察到的有利定型性质没有显著的有害影响。器件05789的R-I数据还表明该器件具有大约1.3mA的复位电流，该电流比对照器件的复位电流低10%以上。结果因此表明，在双层器件的层中掺入促进剂组分提供了与对照器件相比降低该器件的复位电流的有益作用。也观察到较低的置位电流，同时在掺入促进剂组分时维持复位电阻和置位电阻之间的大对比。器件05789的I-V特性显示在图13中。显示了在几个操作周期中的I-V迹线。第一操作周期的I-V迹线始于原始状态，并通过从该曲线图的原点延伸并继续至大约1.7V电压的单调递增的菱形符号描绘。对第一操作周期而言，没有观察到转换。随后的操作周期表现出转换。器件o5789的I-V特性在前几个操作周期后几乎没有表现出变动。该I-V数据表明，器件05789的阈电压为大约0.8V且导电态下的电阻为大约900-1000Q。器件05789的I-V特性类似于对对照器件观察到的那些。图14显示了器件05789在多个操作周期中的几种性能特性的变动。各操作周期包括300ns置位脉冲和50ns复位脉冲。对各周期而言，测量该I_V曲线的置位电阻、复位电阻、阈电压、保持电压和导电分支中的电阻(动态电阻)。结果概括在图14中。上两条迹线显示复位电阻和置位电阻在循环时的变动。复位电阻保持稳定在大约1MQ达超过109个操作周期，此时终止实验并且没有发生器件失效。置位电阻保持稳定在低于10kQ的值达相同周期数。图14的下三条迹线显示该器件的保持电压、导电分支(动态)电阻和阈电压的变动。所有这三种性能特性都在该实验持续期间表现出稳定的值。循环寿命试验表明20在双层器件的活性区的层内掺入促进剂材料对该器件的耐久性没有有害影响。器件05789的寿命超过对照器件的寿命。实施例5本实施例提供来自器件05791的电测试的选择实验结果。器件o5791是根据本发明的实施方案，其包括具有异质层和均质层的双层结构。与下方电极接触的层是200A厚的Ge^b3/Te化均质层。与上方电极接触的层是550A厚的异质层，其包括Ge2Sb2Te5作为操作组分和10%Si02作为促进剂组分。如上述实施例2中所述获得器件05791在多个周期中的I-V(电流_电压)、R-I(电阻_电流)和循环寿命特性。图15描绘了电子器件05791在几个操作周期中的R-I特性。第一操作周期被描绘为用菱形符号标注的一系列数据点，其始于原制成的器件的原始状态并延伸至该器件达到其第一复位态。该器件在其原始状态的数据点位于图12中的0电流和大约3.8kQ电阻处。随着电压脉冲的幅度提高，通过该器件的电流提高。器件电阻保持大致接近原始电阻直至大约1.lmA的电流通过该器件。此时，该器件的电阻显著提高，且该器件转变成其复位态。第二操作周期始于在第一操作周期结束时获得的处于复位态的器件。施加幅度递增的第二系列电压脉冲，并测量该器件的电阻和电流以产生R-I曲线图的第二迹线。第二操作周期的初始状态的电阻接近1MQ。在该第二操作周期中，在大约O.3mA电流下，器件置位至低电阻状态，并在大约lmA电流下再开始复位。继续该循环过程，几个周期的数据迹线显示在图15中。器件05791的R-I数据表明，该器件几乎或完全不要求定型。在前几个操作周期后，观察到该器件的置位态电阻和复位态电阻几乎无变动。在活性区的层中掺入促进剂组分对实施例2中的对照器件观察到的有利定型性质没有显著的有害影响。器件05791的R-I数据还表明该器件具有大约1.2mA的复位电流，该电流比对照器件的复位电流低20%以上。结果因此表明，在双层器件的层中掺入促进剂组分提供了与对照器件相比降低该器件的复位电流的有益作用。也观察到较低的置位电流，同时在掺入促进剂组分时维持复位电阻和置位电阻之间的大对比。器件o5791的I-V特性显示在图16中。显示了在几个操作周期中的I-V迹线。第一操作周期的I-V迹线始于原始状态，并通过从该曲线图的原点延伸并继续至大约1.5V电压的单调递增的菱形符号描绘。对第一操作周期而言，没有观察到转换。随后的操作周期表现出转换。器件05791的I-V特性在前几个操作周期后几乎没有表现出变动。该I-V数据表明，器件05791的阈电压为大约0.8V且导电态下的电阻为大约900Q。器件o5791的I-V特性类似于对对照器件观察到的那些。图17显示了器件05791在多个操作周期中的几种性能特性的变动。各操作周期包括300ns置位脉冲和50ns复位脉冲。对各周期而言，测量该I_V曲线的置位电阻、复位电阻、阈电压、保持电压和导电分支中的电阻(动态电阻)。结果概括在图17中。上两条迹线显示复位电阻和置位电阻在循环时的变动。复位电阻保持稳定在接近1MQ达超过109个操作周期，在该实验的后期略微下降。但是，在终止实验之前没有观察到器件失效。置位电阻保持稳定在低于10kQ的值达相同周期数。图17的下三条迹线显示该器件的保持电压、导电分支(动态)电阻和阈电压的变动。所有这三种性能特性都在该实验持续期间表现出稳定的值。循环寿命试验表明在双层器件的活性区的层内掺入促进剂材料对该器件的耐久性没有有害影响。器件05791的寿命超过对照器件的寿命。实施例6参照图18，显示了根据本发明的所选器件和对照器件(器件o5785)的R_I特性的直接比较。如上文的实施例2所述获得各器件的R-I响应。在图18中将器件05787和05789的R-I响应与对照器件和单层器件的R-I响应进行比较。该单层器件(器件05783)包括750AGe^bwTe^均质层。对各器件而言，来自原始状态的R_I迹线和稳定状态的R_I迹线显示在图18中。来自各器件的原始状态的R-I迹线始于原始电阻(对各器件而言，其为lkQ至10kQ)并延伸至第一复位态。各器件的稳定状态的R-I迹线始于稳定的复位电阻，延续通过置位电阻，并延伸至复位态。在图18中分别使用三角形符号(A)、圆形符号(參)、正方形符号(■)和菱形符号()描绘器件o5787、o5789、对照器件和单层器件的R-I迹线。始于在0电流下小于10kQ电阻的四个迹线是来自该器件的原始状态的迹线，始于在0电流下高于100kQ电阻的四个迹线是从复位态开始的稳定器件的迹线。由单层器件获得延伸至最高电流的两个迹线。合金Ge^Sb^T^具有几乎或完全不要求定型的合意性质。处于其原始状态的器件不需要调节就基本准备好用于实际操作。通过该单层器件的原始状态和稳定状态的R-I迹线的类似外观，反映这种特性。但是，该单层器件的缺点是相对较高的复位电流和较低的R皿。双层对照器件05785包括Ge18Sb37Te45均质层和Ge2Sb2Te5均质层。这种器件的两个迹线表明，复位电流与单层器件相比降低，但源于该器件的原始状态和稳定的复位态的R-I迹线之间的不一致性更大。这种不一致性表明在该器件准备好由最终用户操作前需要通过一系列定型周期调节刚加工成的原始状态器件。这种调节是不合意的，因为其增加了制造过程的时间和花费。(但是，如'913申请中所述，将双层对照器件定型的需要小于将单层Ge2Sb2Te5器件定型的需要)器件o5789包括与下方电极接触的Ge18Sb37Te45均质层和与上方电极接触的Ge2Sb2Te5和Si02异质层。促进剂Si02的掺入导致复位电流与不含促进剂的双层对照器件相比降低，同时降低调节该器件的需要。器件o5789的原始状态和稳定复位态的R-I迹线之间的不一致性小于对对照器件o5785观察到的。器件o5787包括与下方电极接触的Ge18Sb37Te45和Si02异质层和与上方电极接触的Ge2Sb2Te5均质层。促进剂Si02的掺入导致复位电流与不合促进剂的双层对照器件相比降低，同时降低调节该器件的需要。器件o5787的原始状态和稳定复位态的R-I迹线之间的不一致性小于对对照器件o5785观察到的。对器件o5787观察到的不一致性与对单层器件o5783观察到的相当。器件o5787的R-I特性表明，在该器件的活性区中掺入促进剂材料提供了复位电流更低的益处，同时基本消除将该器件定型的需要。本领域的技术人员会认识到，上述方法和设计有其它应用，且相关应用不限于上文具体列举的那些。同样，本发明可以在不背离本文所述的基本特征的情况下以其它具体形式表现。上述实施方案在各个方面均被认为仅是示例性的，并无论如何不是限制性的。权利要求一种电子器件，其包括第一端子；第二端子；与所述第一和第二端子电连通的活性区，所述活性区包括第一层和第二层，所述第一层是异质层。2.权利要求l的电子器件，其中所述第一层包括第一组分和第二组分。3.权利要求2的电子器件，其中所述第一组分包括相变材料。4.权利要求2的电子器件，其中所述第一组分包括硫属化物材料。5.权利要求4的电子器件，其中所述硫属化物材料包括Ge。6.权利要求5的电子器件，其中所述硫属化物材料进一步包括Sb和Te。7.权利要求5的电子器件，其中所述硫属化物材料中Ge的原子浓度小于22%。8.权利要求7的电子器件，其中Ge的原子浓度为11%至18%。9.权利要求4的电子器件，其中所述第二组分是非硫属化物材料。10.权利要求4的电子器件，其中所述第二组分是氧化物。11.权利要求10的电子器件，其中所述氧化物包括硅。12.权利要求4的电子器件，其中所述第二组分是氮化物或碳化物。13.权利要求4的电子器件，其中所述第一层中所述第二组分的体积分数小于20%。14.权利要求13的电子器件，其中所述第一层中所述第二组分的体积分数为3%至10%。15.权利要求13的电子器件，其中所述第一层中所述第二组分的体积分数为5%至8%。16.权利要求4的电子器件，其中所述第二层包括硫属化物材料。17.权利要求16的电子器件，其中所述第二层包括Ge。18.权利要求17的电子器件，其中所述第二层中Ge的原子百分比大于或等于22%。19.权利要求17的电子器件，其中所述第二层进一步包括Sb和Te。20.权利要求4的电子器件，其中所述第二层是包括第一组分和第二组分的异质层。21.权利要求20的电子器件，其中所述第二层的所述第一组分包括硫属化物材料，且所述第二层的所述第二组分包括非硫属化物材料。22.权利要求l的电子器件，其中所述第二层包括硫属化物材料。23.权利要求l的电子器件，其中所述器件存在具有复位电阻的复位态和具有置位电阻的置位态，所述复位电阻比置位电阻高至少10倍。24.权利要求23的电子器件，其中所述器件的复位电流小于或等于1.3mA。25.权利要求l的电子器件，其中所述活性区进一步包括第三层，所述第三层位于所述第一层和所述第二层之间。全文摘要多层硫属化物、存储或开关器件。该器件包括位于第一端子和第二端子之间的活性区。该活性区包括第一层和第二层，其中层之一是包括操作组分和促进剂组分的异质层。另一层可以是均质层或异质层。在示例性实施方案中，操作组分是硫属化物或相变材料，促进剂组分是绝缘或介电材料。促进剂组分的掺入提供了有益性能特性，如复位电流的降低或定型要求的最小化。文档编号H01L47/00GK101755350SQ200880021336公开日2010年6月23日申请日期2008年6月2日优先权日2007年6月22日发明者R·桑多瓦尔,T·劳里,W·楚巴蒂,浅野勇申请人:奥翁尼克斯公司