本發(fā)明屬于微電子技術(shù)與器件領(lǐng)域，更具體地，涉及一種無砷元素的多元素共摻雜的選通管材料。

背景技術(shù)：

1、在大數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速進(jìn)步下，社會對于數(shù)據(jù)存儲及讀寫效率的需求日益增強。作為一種創(chuàng)新的存儲技術(shù)，相變存儲器展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景，其優(yōu)越的讀寫速度和存儲容量有可能填補內(nèi)部存儲dram與外部存儲nand?flash之間的性能鴻溝。

2、選通管作為相變存儲器中的重要組成部分，通過外加電場控制存儲單元的開關(guān)，從而降低靜態(tài)功耗和錯誤讀寫的可能性。選通管主要為硫系化合物，其工作原理為硫系選通管材料在外加電場超過閾值電壓時會迅速導(dǎo)通，由高阻態(tài)變?yōu)榈妥钁B(tài)，所屬存儲單元開啟；但外加電壓被移除時，選通管材料又會迅速回到高阻態(tài)，此時存儲單元為關(guān)閉狀態(tài)。

3、常見的二元硫系化合物如gese、ges等單獨作為選通管材料應(yīng)用時往往存在一些缺點，所以摻雜少量其他元素以提高選通管材料的性能是常用策略，砷元素在多項研究中被認(rèn)為是最優(yōu)的摻雜元素，可以增大開關(guān)窗口，提高熱穩(wěn)定性，減小漏電流等。但由于砷元素本身存在劇毒，限制了砷摻雜在制備及實際應(yīng)用選通管的發(fā)展前景。急需提出新的摻雜策略來取代砷元素?fù)诫s，提高選通管的性能的同時減小安全隱患。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有摻雜策略的缺陷和改進(jìn)需要，本發(fā)明提供了一種無砷元素的多元素共摻雜的選通管材料，選通管材料為ge基硫系化合物，具有兩種元素的共摻雜，且不含有砷元素?fù)诫s。本發(fā)明是一種取代砷元素的共摻雜，可使得選通管材料性能得到與砷摻雜類似的顯著提升，與傳統(tǒng)的砷摻雜相比采用的摻雜材料毒性更低或者完全無毒，提高了研發(fā)及使用的安全性。

2、根據(jù)本發(fā)明第一方面，提供了一種無砷元素的多元素共摻雜的選通管材料，所述選通管材料為具有兩種元素共摻雜的ge基硫系化合物，且不含有砷元素?fù)诫s；

3、所述ge基硫系化合物的化學(xué)表達(dá)式為gese、ges、gete6或gete9；

4、當(dāng)所述ge基硫系化合物的化學(xué)表達(dá)式為gese時，所述兩種元素共摻雜為c和te共摻雜、p和sb共摻雜、si和n共摻雜、b和s共摻雜；

5、所述ge基硫系化合物的化學(xué)表達(dá)式為ges時，所述兩種元素共摻雜為c和te共摻雜、p和sb共摻雜、si和n共摻雜、in和se共摻雜；

6、所述ge基硫系化合物的化學(xué)表達(dá)式為gete6或gete9時，所述兩種元素共摻雜為p和sb共摻雜、si和n共摻雜、b和s共摻雜、in和se共摻雜。

7、優(yōu)選地，所述共摻雜的兩種元素占選通管材料的原子比例不超過30％。

8、優(yōu)選地，所述c的原子數(shù)比上te的原子數(shù)為0.5-2。

9、優(yōu)選地，所述p的原子數(shù)比上sb的原子數(shù)為0.5-2。

10、優(yōu)選地，所述si的原子數(shù)比上n的原子數(shù)為0.5-2。

11、優(yōu)選地，所述b的原子數(shù)比上s的原子數(shù)為0.5-2。

12、優(yōu)選地，所述in的原子數(shù)比上se的原子數(shù)為0.5-2。

13、總體而言，通過本申請所構(gòu)思的以上摻雜策略與現(xiàn)有砷摻雜策略相比，具有以下有益效果：

14、(1)砷元素在選通管摻雜材料中占有重要地位，可以對選通管材料的多項性能進(jìn)行優(yōu)化提升，但砷本身存在的毒性限制了其實際應(yīng)用，本發(fā)明通過提出一種雙元素共摻雜策略，在物理結(jié)構(gòu)與化學(xué)性質(zhì)上對砷元素?fù)诫s進(jìn)行等效取代，實現(xiàn)性能優(yōu)化的同時避免有毒元素的引入。相較于傳統(tǒng)的砷摻雜策略，本申請?zhí)岢龅膿诫s策略在對選通管材料進(jìn)行性能優(yōu)化的同時具有安全性高、成本更低等優(yōu)點。

15、(2)本申請通過采用共同摻雜策略取代傳統(tǒng)的砷摻雜策略，避免了在生產(chǎn)使用過程中有毒元素砷的參與，提高了制備選通管及實際應(yīng)用過程中的安全性。

16、(3)本發(fā)明通過采用共同摻雜策略，可在機(jī)理上對選通管材料進(jìn)行針對性優(yōu)化，達(dá)到與砷元素?fù)诫s類似的效果，如增大開關(guān)窗口，提高熱穩(wěn)定性，減小漏電流等。

技術(shù)特征：

1.一種無砷元素的多元素共摻雜的選通管材料，其特征在于，所述選通管材料為具有兩種元素共摻雜的ge基硫系化合物，且不含有砷元素?fù)诫s；

2.如權(quán)利要求1所述的無砷元素的多元素共摻雜的選通管材料，其特征在于，所述共摻雜的兩種元素占選通管材料的原子比例不超過30％。

3.如權(quán)利要求1所述的無砷元素的多元素共摻雜的選通管材料，其特征在于，所述c的原子數(shù)比上te的原子數(shù)為0.5-2。

4.如權(quán)利要求1所述的無砷元素的多元素共摻雜的選通管材料，其特征在于，所述p的原子數(shù)比上sb的原子數(shù)為0.5-2。

5.如權(quán)利要求1所述的無砷元素的多元素共摻雜的選通管材料，其特征在于，所述si的原子數(shù)比上n的原子數(shù)為0.5-2。

6.如權(quán)利要求1所述的無砷元素的多元素共摻雜的選通管材料，其特征在于，所述b的原子數(shù)比上s的原子數(shù)為0.5-2。

7.如權(quán)利要求1所述的無砷元素的多元素共摻雜的選通管材料，其特征在于，所述in的原子數(shù)比上se的原子數(shù)為0.5-2。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種無砷元素的多元素共摻雜的選通管材料，屬于微電子技術(shù)與器件領(lǐng)域。本發(fā)明選通管材料為Ge基硫系化合物，所述Ge基硫系化合物中具有兩種元素的共摻雜，且不含有砷元素?fù)诫s。所述Ge基硫系化合物的化學(xué)表達(dá)式優(yōu)選為GeSe、GeS、GeTe<subgt;6</subgt;或GeTe<subgt;9</subgt;。所述兩種元素的共摻雜優(yōu)選為C和Te共摻雜、P和Sb共摻雜、Si和N共摻雜、B和S共摻雜、In和Se共摻雜。本申請通過提出一種雙元素共摻雜策略，在物理結(jié)構(gòu)與化學(xué)性質(zhì)上對砷元素?fù)诫s進(jìn)行等效取代，實現(xiàn)性能優(yōu)化的同時避免有毒元素的引入。相較于傳統(tǒng)的砷摻雜策略，本申請?zhí)岢龅膿诫s策略在對選通管材料進(jìn)行性能優(yōu)化的同時具有安全性高、成本更低等優(yōu)點。

技術(shù)研發(fā)人員：徐明,袁少杰,湯思琦,徐群道,胡恒懌,陳璟琦,王歡,王雨豪,繆向水
受保護(hù)的技術(shù)使用者：華中科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8