專利名稱：用于相變存儲(chǔ)器的Sb₂Te_x-SiO₂納米復(fù)合相變材料及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及相變材料及制備方法，尤其是指一種用于相變存儲(chǔ)器的Sb2Tex-SiO2納米復(fù)合相變材料及制備方法，屬于半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的相關(guān)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著信息的高速發(fā)展，數(shù)據(jù)信息量激增，對(duì)信息存儲(chǔ)量的要求也劇增。而目前市場(chǎng)主流的非易失性存儲(chǔ)器Flash讀寫速度比較緩慢，循環(huán)壽命短，尺寸縮小也將達(dá)到極限，必將被下一代新型存儲(chǔ)器所取代。相變存儲(chǔ)器滿足了人們對(duì)非易失性器的需要，而且其制造工藝也相當(dāng)簡(jiǎn)單，因此引來了越來越多人的關(guān)注。相變存儲(chǔ)器采用以Ge2Sb2Te5為代表的硫系化合物薄膜，硫系化合物可在電脈沖的作用下實(shí)現(xiàn)非晶態(tài)與晶態(tài)的可逆相變。通過對(duì)相變材料施加一個(gè)強(qiáng)而窄的電脈沖(Reset 電流)可以實(shí)現(xiàn)晶態(tài)到非晶態(tài)的轉(zhuǎn)變；施加一個(gè)弱而寬的電脈沖(Set電流)可以實(shí)現(xiàn)非晶態(tài)到晶態(tài)的轉(zhuǎn)變。然而由于目前發(fā)現(xiàn)的主流相變材料的Reset電流遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于CMOS工藝中驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)能力(< 0.5mA/μ m)，成為相變存儲(chǔ)器發(fā)展中最主要的障礙。目前減小相變材料的Reset電流主要通過三種方式(一)、改善相變存儲(chǔ)器的現(xiàn)有結(jié)構(gòu)；(二)、在電極與相變材料之間或相變材料內(nèi)部添加熱阻層；(三)、探索新的具有低Reset電流的相變材料或?qū)ΜF(xiàn)有的相變材料進(jìn)行摻雜改性。Sb2Tex相變材料比Ge2Sb2Te5相變速度快，熔化溫度低，但是其結(jié)晶溫度低 (< IOO0C )而造成熱穩(wěn)定性差，嚴(yán)重阻礙了其在相變存儲(chǔ)器中的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題在于提供一種用于相變存儲(chǔ)器的Sb2Tex-SiO2納米復(fù)合相變材料及制備方法，以提高相變材料的熱穩(wěn)定性、晶態(tài)與非晶態(tài)電阻，降低材料的 Reset電流與熔化溫度等。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種用于相變存儲(chǔ)器的Sb2Tex-SiO2納米復(fù)合相變材料，由相變材料Sb2Tex與 SiO2復(fù)合而成，其化學(xué)式為(Sb2Tex)y (SiO2)H，其中0.5彡X彡3，0.2<y< 1。較佳的， 2彡χ彡3。較佳的，SiO2中的元素不與相變材料Sb2Tex中的元素成鍵，且以獨(dú)立的相存在。較佳的，相變材料Sb2Tex被SiO2隔離成納米尺度的區(qū)域，使相變材料Sb2Tex顆粒生長(zhǎng)受到束縛。較佳的，SiO2以非晶的形式存在。較佳的，相變材料Sb2Tex與SiO2呈均勻分布。較佳的，相變材料Sb2Tex成顆粒狀，顆粒直徑為納米量級(jí)。較佳的，該納米復(fù)合相變材料采用電脈沖作用實(shí)現(xiàn)電阻率的可逆轉(zhuǎn)變。
較佳的，該納米復(fù)合相變材料采用激光脈沖作用實(shí)現(xiàn)光學(xué)反射率的可逆轉(zhuǎn)變。本發(fā)明還提供了一種上述用于相變存儲(chǔ)器的Sb2Tex-SiO2納米復(fù)合相變材料的制備方法采用Sb2Tex靶和SiO2靶共濺射的方法制備(Sb2Tex) y (SiO2) ^y納米復(fù)合相變材料薄膜，其中0. 5彡χ彡3,0. 2彡y < 1。優(yōu)選的，2彡χ彡3。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，濺射體為氬氣，本底真空小于2Χ 10_4Pa，濺射氣壓為 0. 21Pa 0. 22pa，Sb2Tex靶與SiO2靶均采用射頻電源。此外，SiO2摻雜過多會(huì)導(dǎo)致材料相變性能惡化，采用在Sb2Tex的濺射功率不變的條件下，從OW開始逐次提升SiO2的濺射功率，提高SiO2在復(fù)合材料中所占比例，通過所測(cè)溫度-電阻曲線確定SiO2的極限摻入量以及最佳摻入量。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明的納米復(fù)合相變材料是在Sb2Tex相變材料中摻入SiO2,使得具有可逆相變能力的Sb2Tex相變材料被非晶態(tài)SiO2隔離成納米尺度的區(qū)域，形成復(fù)合結(jié)構(gòu)。其中可逆相變的材料是Sb2Tex, SiO2并不參與可逆相變。SiO2的摻雜，抑制了 Sb2Tex晶粒的增長(zhǎng)，從而提升了相變材料的電阻率和結(jié)晶溫度，降低了相變材料的熔化溫度。相變材料的晶態(tài)電阻的增加，降低了相變存儲(chǔ)器件的Reset電流，克服了相變材料Reset電流過大的障礙。結(jié)晶溫度的升高，提升了 Sb2Tex-SiO2相變材料器件穩(wěn)定性，熔化溫度的降低則有效降低了其功耗。該納米復(fù)合材料在電脈沖作用下發(fā)生可逆相變，其電阻率發(fā)生變化時(shí)，高阻態(tài)的電阻值比低阻態(tài)至少大1倍。同時(shí)，由于SiO2的熱導(dǎo)率比Sb2Tex的低，且摻入5叫后，增加了相變材料的晶界密度，使相變材料的熱導(dǎo)率降低，從而提高了能量的利用率。隨著摻入SiO2含量的增加，復(fù)合相變材料的非晶與晶態(tài)電阻率均單調(diào)的增大。因此，通過控制材料中SiO2的含量可以得到更好的相變性能，一方面，可以使晶態(tài)與非晶態(tài)之間的電阻差值更大，Reset電流減小、功耗降低；另一方面，可以提升結(jié)晶溫度，使材料的熱穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)保持力均得到增強(qiáng)。此外，通過控制摻入SiO2的含量，還可以得到相變前后體積變化更小的相變材料薄膜(相比于Sb2Tex)。而且，由于SiO2的穩(wěn)定性，相比于其它摻入單質(zhì)(如Si)的相變材料，其抗氧化性增強(qiáng)。


圖1為實(shí)施例一中不同組分的Sb2Tex-SiO2納米復(fù)合相變材料樣品在沉積態(tài)時(shí)的 XRD圖像。圖2為實(shí)施例一中不同組分Sb2Tex-SiO2納米復(fù)合相變材料樣品方塊電阻與退火溫度的關(guān)系曲線。圖3為實(shí)施例二中Sb2Te2.4-Si02納米復(fù)合相變材料的電流-電壓曲線。圖4為實(shí)施例二中Sb2Te2.4-Si02納米復(fù)合相變材料的電阻-電壓曲線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。實(shí)施例一
本實(shí)施例中的納米復(fù)合相變材料可以采用Sb2I^3靶和SW2靶共濺射的方法制備而得。其具體制備條件為在共濺射過程中同時(shí)通入純度為99. 999%的Ar氣。Sb2I^3靶和 SiO2靶均采用射頻電源，Sb2Te3靶的功率設(shè)為20W，SiO2的功率分別設(shè)為5W、10W、15W、50W、 60W,通過改變SW2的功率得到不同的組分。濺射時(shí)間優(yōu)選為30分鐘，薄膜厚度為120nm左
右ο其中可以將不同組分的薄膜樣品制備于不同的襯底上。襯底分別為Al膜、Si片襯底、SiA片襯底、銅網(wǎng)。將濺射在Al膜的樣品用于EDS測(cè)試，得到材料的具體組分如表1。表 權(quán)利要求
1.一種用于相變存儲(chǔ)器的Sb2Tex-SiO2納米復(fù)合相變材料，其特征在于由相變材料 Sb2Tex與SiO2復(fù)合而成，其化學(xué)式為(Sb2Tex) Y(SiO2)1I，其中0. 5彡χ彡3，0. 2彡y < 1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于相變存儲(chǔ)器的Sb2Tex-SiO2納米復(fù)合相變材料，其特征在于所述化學(xué)式(Sb2Tex)y(SiO2)H中，2彡χ彡3。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于相變存儲(chǔ)器的Sb2Tex-SiO2納米復(fù)合相變材料，其特征在于所述SiO2中的元素不與相變材料Sb2Tex中的元素成鍵，且以獨(dú)立的相存在。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于相變存儲(chǔ)器的Sb2Tex-SiO2納米復(fù)合相變材料，其特征在于所述相變材料Sb2Tex被SiO2隔離成納米尺度的區(qū)域，使相變材料Sb2Tex顆粒生長(zhǎng)受到束縛。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于相變存儲(chǔ)器的Sb2Tex-SiO2納米復(fù)合相變材料，其特征在于所述SiO2以非晶的形式存在。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于相變存儲(chǔ)器的Sb2Tex-SiO2納米復(fù)合相變材料，其特征在于所述相變材料Sb2Tex與SiO2呈均勻分布。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于相變存儲(chǔ)器的Sb2Tex-SiO2納米復(fù)合相變材料，其特征在于所述相變材料Sb2Tex成顆粒狀，顆粒直徑為納米量級(jí)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于相變存儲(chǔ)器的Sb2Tex-SiO2納米復(fù)合相變材料，其特征在于該Sb2Tex-SiO2納米復(fù)合相變材料采用電脈沖作用實(shí)現(xiàn)電阻率的可逆轉(zhuǎn)變。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種用于相變存儲(chǔ)器的Sb2Tex-SiO2納米復(fù)合相變材料，其特征在于該Sb2Tex-SiO2納米復(fù)合相變材料采用激光脈沖作用實(shí)現(xiàn)光學(xué)反射率的可逆轉(zhuǎn)變。
10.一種用于相變存儲(chǔ)器的Sb2Tex-SiO2納米復(fù)合相變材料的制備方法，其特征在于 采用Sb2Tex靶和SiO2靶共濺射的方法制備(Sb2Tex) y (SiO2) ^y納米復(fù)合相變材料薄膜，其中 0. 5 彡 χ 彡 3,0. 2 彡 y < 1。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述一種用于相變存儲(chǔ)器的Sb2Tex-SiO2納米復(fù)合相變材料的制備方法，其特征在于濺射體為氬氣，本底真空小于2X 10_4Pa，濺射氣壓為0. 21Pa 0. 22pa, Sb2Tex靶與SiO2靶均采用射頻電源。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于相變存儲(chǔ)器的-納米復(fù)合相變材料，該材料由相變材料與復(fù)合而成，其化學(xué)式為，其中,。本發(fā)明通過在相變材料中摻入，使得具有可逆相變能力的相變材料被非晶態(tài)隔離成納米尺度的區(qū)域，形成復(fù)合結(jié)構(gòu)；提升了相變材料的電阻率和結(jié)晶溫度，降低了相變材料熱導(dǎo)率。相變材料的晶態(tài)電阻的增加，可以降低相變存儲(chǔ)器件的Reset電流，從而克服了相變材料Reset電流過大的障礙；結(jié)晶溫度的升高可以提升-相變材料器件的穩(wěn)定性，熔化溫度的下降則有效降低了其功耗；而熱導(dǎo)率的降低，則可以提高能量的利用率。
文檔編號(hào)H01L45/00GK102487119SQ20101056999
公開日2012年6月6日 申請(qǐng)日期2010年12月2日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月2日
發(fā)明者吳良才, 宋志棠, 張挺, 朱敏, 饒峰 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所