專利名稱：一種用于相變存儲(chǔ)器的Zn-Sb-Te相變存儲(chǔ)薄膜材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及相變存儲(chǔ)材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種用于相變存儲(chǔ)器的Zn-Sb-Te相變存儲(chǔ)薄膜材料及其制備方法。
背景技術(shù)：
相變隨機(jī)存儲(chǔ)器(PRAM)，又名奧弗辛斯基電效應(yīng)統(tǒng)一存儲(chǔ)器，是基于美國(guó)人Ovshinsky在20世紀(jì)60年代末提出的奧弗辛斯基電效應(yīng)的存儲(chǔ)器，該類存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)介質(zhì)多以硫系化合物為主，該種化合物在熱誘導(dǎo)作用下能實(shí)現(xiàn)可逆的相變，即實(shí)現(xiàn)非晶與多晶之間的轉(zhuǎn)變。在PRAM研發(fā)中，作為存儲(chǔ)媒介的相變材料是脈沖編碼調(diào)制(PCM)的核心，其性能優(yōu)化對(duì)提升PRAM器件性能至關(guān)重要。應(yīng)用于PRAM的主流相變材料Te基硫系化合物有Sb-Te、Ge-Te及Ge-Sb-Te等，其中Ge2Sb2Te5合金是應(yīng)用最廣泛的相變存儲(chǔ)材料。另外一類Sb-Te材料因?yàn)榫哂休^低的熔點(diǎn)，特別是富Sb的Sb-Te，具有較快的結(jié)晶速度而成為當(dāng)前研發(fā)的另一大熱點(diǎn)。然而，Sb-Te材料的結(jié)晶溫度較低，非晶態(tài)熱穩(wěn)定性較差，數(shù)據(jù)保持力得不到保障。就單一結(jié)構(gòu)材料而言，很難在相變速度和數(shù)據(jù)保持力兩方面同時(shí)獲得良好的性能，因此相變儲(chǔ)存材料需要在結(jié)晶速度和熱穩(wěn)定性之間尋找一個(gè)平衡點(diǎn)。目前，用于相變存儲(chǔ)器的傳統(tǒng)相變存儲(chǔ)材料主要Ge2Sb2Te5，但是由于其結(jié)晶溫度較低(約150°C)，以傳統(tǒng)Ge2Sb2Te5材料為存儲(chǔ)介質(zhì)的PRAM存儲(chǔ)單元的數(shù)據(jù)只能夠在70-110°C下保存10年，在高溫下的數(shù)據(jù)保存壽命短，還有待提高。相較與傳統(tǒng)Ge2Sb2Te5相變存儲(chǔ)材料，S1-Sb-Te表現(xiàn)出了較為優(yōu)異的性能，如名稱為用于相變存儲(chǔ)器的S1-Sb-Te材料的發(fā)明專利 (公開(kāi)號(hào)為CN102130298A)，就公開(kāi)了基于元素Si，Sb, Te的相變材料，該材料中Si含量增加能提高材料的數(shù)據(jù)保持力，其結(jié)晶溫度也可以達(dá)到277°C左右，但是Si元素在薄膜中分布并不是很均勻，會(huì)造成讀寫過(guò)程中數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定性；名稱為用于相變存儲(chǔ)器的Al-Sb-Te系列相變材料的發(fā)明專利(公開(kāi)號(hào)為CN102134698A)，公開(kāi)了基于元素Al, Sb, Te的相變材料，該材料具有比傳統(tǒng)的Ge2Sb2Te5材料更高的結(jié)晶溫度，更好的熱穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)保持力和較低的熔點(diǎn)，但是該材料在熱誘導(dǎo)作用下從非晶到晶態(tài)的相變突變點(diǎn)不是很明顯，這會(huì)影響PRAM數(shù)據(jù)存取的速度和可靠性；而一些新出現(xiàn)的相變存儲(chǔ)材料主要有 Ga-Sb-Te，N-Sb-Te, Cu-Sb-Te, T1-Sb-Te, W-Sb-Te 等系列，在上述新的相變材料中，Ga-Sb-Te, Cu-Sb-Te, T1-Sb-Te, W-Sb-Te等具有較小的非晶態(tài)/晶態(tài)電阻比，會(huì)影響器件的開(kāi)/關(guān)比；N-Sb-Te在高溫實(shí)際應(yīng)用中穩(wěn)定性較差。因此，不斷開(kāi)發(fā)應(yīng)用新型相變材料使得PRAM的優(yōu)越性得到最大限度的發(fā)揮仍需要我們進(jìn)一步深入的探討研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種用于相變存儲(chǔ)器的Zn-Sb-Te相變存儲(chǔ)薄膜材料及其制備方法，該材料具有較好的非晶態(tài)熱穩(wěn)定性，較快的晶化速度，較高的晶化溫度，此外還具有較低的熔點(diǎn)，較高的晶態(tài)電阻率，較大的非晶態(tài)/晶態(tài)電阻之比，較好的數(shù)據(jù)保持力，能夠在高溫下較穩(wěn)定地工作，其制備方法成本低，工藝可控性強(qiáng)，且易于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為:一種用于相變存儲(chǔ)器的Zn-Sb-Te相變存儲(chǔ)薄膜材料，該材料是一種由鋅，銻，碲三種元素組成的混合物。所述的Zn-Sb-Te相變存儲(chǔ)薄膜材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為Znx (Sb2Te3) 100_x,其中0〈x〈40。所述的相變存儲(chǔ)薄膜材料采用Sb2Te3合金祀和Zn單質(zhì)祀共派射形成。所述的相變存儲(chǔ)薄膜材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為Zn33.32 (Sb2Te3) 66.68。所述的相變存儲(chǔ)薄膜材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為Zn38.82 (Sb2Te3)61.18。一種用于相變存儲(chǔ)器的Zn-Sb-Te相變存儲(chǔ)薄膜材料的制備方法，具體包括以下步驟:
(1)在磁控濺射鍍膜系統(tǒng)中將鋅單質(zhì)靶材安裝在磁控直流濺射靶中，將Sb2Te3靶材安裝在磁控射頻濺射靶中，采用石英片或氧化硅片作為襯底；
(2)將磁控濺射鍍膜系統(tǒng)的濺射腔室進(jìn)行抽真空處理直至室內(nèi)真空度達(dá)到
1.6 X 10_4Pa，然后向?yàn)R射腔室內(nèi)通入體積流量為47.6ml/min的高純氬氣直至濺射腔室內(nèi)氣壓達(dá)到濺射所需起輝氣壓0.3Pa ；
(3)然后將鋅單質(zhì)靶的濺射功率控制為0-10W，合金Sb2Te3靶的濺射功率控制為60-100W,于室溫下濺射鍍膜，濺射200秒后，即得到沉積態(tài)的Zn摻雜Sb2Te3相變存儲(chǔ)薄膜材料，其化學(xué)結(jié)構(gòu)式為Z nx (Sb2Te3) 1QQ_X，其中0〈x〈40。所述的相變存儲(chǔ)薄膜材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為Zn33.32 (Sb2Te3) 66.68。所述的相變存儲(chǔ)薄膜材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為Zn38.82 (Sb2Te3) 61.18。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明首次公開(kāi)了一種用于相變存儲(chǔ)器的Zn-Sb-Te相變存儲(chǔ)薄膜材料及其制備方法，該薄膜材料由鋅，銻，碲三種元素組成，化學(xué)結(jié)構(gòu)通式為Znx (Sb2Te3) 1QQ_X，其中0〈x〈40，其中Zn，Sb，Te三種元素能夠兩兩成鍵，組成三元體系，Znx(Sb2Te3) 1(KI_X材料中Zn含量的增加能抑制晶體顆粒的生長(zhǎng)，提高材料的結(jié)晶溫度和數(shù)據(jù)保持能力，使得該材料體系具有較好的非晶態(tài)熱穩(wěn)定性，較快的晶化速度，此外還具有較低的熔點(diǎn)，較高的晶態(tài)電阻率，較大的非晶態(tài)/晶態(tài)電阻之比等優(yōu)點(diǎn)，以增加相變存儲(chǔ)器的數(shù)據(jù)保存壽命，減小RESET (指的是從低阻態(tài)(晶態(tài))到高阻態(tài)(非晶態(tài))的非晶化過(guò)程)電流和提高開(kāi)/關(guān)比(開(kāi)/關(guān)比指器件的RESET態(tài)電阻和SET態(tài)電阻之間的比值)，其中Zn33.32 (Sb2Te3) 66.68和Zn38.82 (Sb2Te3) 61.18薄膜是用于制備相變存儲(chǔ)器非常合適的相變存儲(chǔ)介質(zhì)，相變存儲(chǔ)薄膜材料的制備方法成本低，工藝可控性強(qiáng)，且易于工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)。


圖1為不同組分Znx(Sb2Te3) 薄膜方塊電阻隨溫度變化關(guān)系曲線；
圖2為不同組分Znx(Sb2Te3) 1QQ_X薄膜的激活能和數(shù)據(jù)保持力計(jì)算結(jié)果 圖3為沉積態(tài)的Znx(Sb2Te3) 100_x薄膜樣品的X射線粉末衍射圖譜；
圖4為沉積態(tài)的Znx (Sb2Te3) 100_x薄膜樣品Sb的3d峰的X光電子能譜儀(XPS)圖譜； 圖5為沉積態(tài)的Znx (Sb2Te3) 100_x薄膜樣品Te的3d峰的X光電子能譜儀(XPS)圖譜； 圖6為沉積態(tài)的Zn33.32 (Sb2Te3) 66.68薄膜樣品的透射電鏡(TEM)圖譜；圖7為沉積態(tài)的Zn38.82 (Sb2Te3)6hl8薄膜樣品的透射電鏡(TEM)圖譜；
圖8為沉積態(tài)的Zn33.32 (Sb2Te3) 66.68薄膜樣品的高分辨透射電鏡(HRTEM)圖譜；
圖9為沉積態(tài)的Zn38.82 (Sb2Te3)6hl8薄膜樣品的高分辨透射電鏡(HRTEM)圖譜。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。實(shí)施例1
本發(fā)明的一種用于相變存儲(chǔ)器的Zn-Sb-Te相變存儲(chǔ)薄膜材料，由Zn，Sb和Te三種元素組成，該相變材料中的鋅，銻，碲三種元素兩兩成鍵，組成三元體系。實(shí)施例2
本發(fā)明的一種用于相變 存儲(chǔ)器的Zn-Sb-Te相變存儲(chǔ)薄膜材料，其化學(xué)結(jié)構(gòu)通式為Znx (Sb2Te3)100_x，其中0〈x〈40，具體制備方法如下:
在磁控濺射鍍膜系統(tǒng)(JGP-450型)中，將鋅單質(zhì)靶材安裝在磁控直流(DC)濺射靶中，將Sb2Te3靶材安裝在磁控射頻(RF)濺射靶中，采用石英片或氧化硅片為襯底，將磁控濺射鍍膜系統(tǒng)的濺射腔室進(jìn)行抽真空處理直至室內(nèi)真空度達(dá)到1.6X 10_4Pa，然后向?yàn)R射腔室內(nèi)通入體積流量為47.6ml/ min (SCCM標(biāo)況毫升每分)的高純氬氣直至濺射腔室內(nèi)氣壓達(dá)到濺射所需起輝氣壓0.3Pa，然后控制合金Zn靶的濺射功率為0-10W，合金Sb2Te3靶的濺射功率為60-100W，于室溫下濺射鍍膜，濺射200秒后，即得到沉積態(tài)的Zn摻雜Sb2Te3相變存儲(chǔ)薄膜材料；制備的薄膜組分由X射線能譜分析法(EDS)測(cè)得，薄膜的厚度由臺(tái)階儀測(cè)得。實(shí)施例3
同上述實(shí)施例2，其區(qū)別在于:制備過(guò)程中合金Sb2Te3靶的濺射功率控制為80W，Zn單質(zhì)靶的濺射功率控制為0W，得到Sb2Te3相變存儲(chǔ)薄膜材料。實(shí)施例4
同上述實(shí)施例2，，其區(qū)別在于:制備過(guò)程中合金Sb2Te3靶的濺射功率控制為100W，Zn單質(zhì)靶的濺射功率控制為3W，得到Znia67(Sb2Te3)8a33相變存儲(chǔ)薄膜材料。實(shí)施例5
同上述實(shí)施例2，，其區(qū)別在于:制備過(guò)程中合金Sb2Te3靶的濺射功率控制為100W，Zn單質(zhì)靶的濺射功率控制為5W，得到Zn16.77 (Sb2Te3)8123相變存儲(chǔ)薄膜材料。實(shí)施例6
同上述實(shí)施例2，，其區(qū)別在于:制備過(guò)程中合金Sb2Te3靶的濺射功率控制為80W，Zn單質(zhì)靶的濺射功率控制為5W，得到Znia97(Sb2Te3)8atl3相變存儲(chǔ)薄膜材料。實(shí)施例7
同上述實(shí)施例2，，其區(qū)別在于:制備過(guò)程中合金Sb2Te3靶的濺射功率控制為60W，Zn單質(zhì)靶的濺射功率控制為8W，得到Zn33.32 (Sb2Te3) 66.68相變存儲(chǔ)薄膜材料。實(shí)施例8
同上述實(shí)施例2，其區(qū)別在于:制備過(guò)程中合金Sb2Te3靶的濺射功率控制為60W，Zn單質(zhì)靶的濺射功率控制為10W，得到Zn38.82 (Sb2Te3)61J相變存儲(chǔ)薄膜材料。試驗(yàn)結(jié)果分析
上述實(shí)施3-8制備的相變存儲(chǔ)薄膜材料的具體組分如表I所示，表I制備的薄膜樣品組分
權(quán)利要求
1.一種用于相變存儲(chǔ)器的Zn-Sb-Te相變存儲(chǔ)薄膜材料，其特征在于:該材料是一種由鋅，銻，碲三種元素組成的混合物。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于相變存儲(chǔ)器的Zn-Sb-Te相變存儲(chǔ)薄膜材料，其特征在于:所述的Zn-Sb-Te相變存儲(chǔ)薄膜材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為Znx(Sb2Te3) 1(KI_X，其中0〈χ〈40。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于相變存儲(chǔ)器的Zn-Sb-Te相變存儲(chǔ)薄膜材料，其特征在于:所述的相變存儲(chǔ)薄膜材料采用Sb2Te3合金靶和Zn單質(zhì)靶共濺射形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于相變存儲(chǔ)器的Zn-Sb-Te相變存儲(chǔ)薄膜材料，其特征在于:所述的相變存儲(chǔ)薄膜材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為Zn33.32 (Sb2Te3) 66.68。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于相變存儲(chǔ)器的Zn-Sb-Te相變存儲(chǔ)薄膜材料，其特征在于:所述的相變存儲(chǔ)薄膜材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為Zn38.82 (Sb2Te3) 61.18。
6.一種用于相變存儲(chǔ)器的Zn-Sb-Te相變存儲(chǔ)薄膜材料的制備方法，其特征在于具體包括以下步驟: (1)在磁控濺射鍍膜系統(tǒng)中將鋅單質(zhì)靶材安裝在磁控直流濺射靶中，將Sb2Te3靶材安裝在磁控射頻濺射靶中，采用石英片或氧化硅片作為襯底； (2)將磁控濺射鍍膜系統(tǒng)的濺射腔室進(jìn)行抽真空處理直至室內(nèi)真空度達(dá)到1.6 X 10_4Pa，然后向?yàn)R射腔室內(nèi)通入體積流量為47.6ml/min的高純氬氣直至濺射腔室內(nèi)氣壓達(dá)到濺射所需起輝氣壓0.3Pa ； (3)然后將鋅單質(zhì)靶的濺射功率控制為0-10W，合金Sb2Te3靶的濺射功率控制為60-100W,于室溫下濺射鍍膜，濺射200秒后，即得到沉積態(tài)的Zn摻雜Sb2Te3相變存儲(chǔ)薄膜材料，其化學(xué)結(jié)構(gòu)式為Znx (Sb2Te3) 1QQ_X，其中0〈x〈40。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于相變存儲(chǔ)器的Zn-Sb-Te相變存儲(chǔ)薄膜材料的制備方法，其特征在于:所述的相變存儲(chǔ)薄膜材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為Zn33.32 (Sb2Te3) 66.68。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種用于相變存儲(chǔ)器的Zn-Sb-Te相變存儲(chǔ)薄膜材料的制備方法，其特征在于:所述的相變存儲(chǔ)薄膜材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)式為Zn38.82 (Sb2Te3)61.18。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于相變存儲(chǔ)器的Zn-Sb-Te相變存儲(chǔ)薄膜材料及其制備方法，特點(diǎn)是該材料由鋅，銻，碲三種元素組成，其化學(xué)結(jié)構(gòu)式為ZnX(Sb2Te3)100-X，0<x<40，制備過(guò)程如下將鋅單質(zhì)靶材安裝在磁控直流濺射靶中，將Sb2Te3靶材安裝在磁控射頻濺射靶中；將濺射腔室進(jìn)行抽真空處理直至室內(nèi)真空度達(dá)到1.6×10-4Pa，然后向?yàn)R射腔室內(nèi)通入高純氬氣直至氣壓達(dá)到0.3Pa；然后控制鋅靶的濺射功率為0-10W，Sb2Te3靶濺射功率為60-100W，于室溫下濺射鍍膜200秒得到成品，優(yōu)點(diǎn)是晶化速度快，晶化溫度高，熔點(diǎn)較低，晶態(tài)電阻率較高，數(shù)據(jù)保持力較好，能夠在高溫下較穩(wěn)定地工作。
文檔編號(hào)C22C12/00GK103247757SQ20131013576
公開(kāi)日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2013年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月18日
發(fā)明者沈祥, 王國(guó)祥, 聶秋華, 陳益敏, 李軍建, 徐鐵峰, 戴世勛, 呂業(yè)剛 申請(qǐng)人:寧波大學(xué)