[發明專利]制備納米晶電阻轉換材料的方法

有效

• 申請號: 201010289914.6
• 申請日: 2010-09-21
• 公開（公告）號: CN102011089A
• 公開（公告）日: 2011-04-13
• 發明（設計）人: 張挺;宋志棠;劉波;吳關平;張超;封松林;陳邦明
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海微系統與信息技術研究所
• 主分類號: C23C14/06
• 分類號: C23C14/06;C23C14/58;C23C16/24;B32B5/16;B82Y40/00
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 王松

技術領域

本發明屬于半導體技術領域，涉及一種納米晶電阻轉換材料，尤其涉及一種制備納米晶電阻轉換材料的方法。

背景技術

電阻轉換存儲器是當今最炙手可熱的下一代非易失性半導體存儲器的候選，具有廣闊的市場前景，并已經實現了小批量的產業化應用。現在主要的電阻轉換存儲器主要分為兩類，一是相變存儲器，二是電阻隨機存儲器。前者的原理是建立在器件中的相變材料在電信號的作用下所實現的在非晶和多晶之間的轉變上的，材料晶體結構的轉變導致了電阻的改變，相變存儲器就是利用這種高低電阻的差異實現邏輯數據的存儲。而后者的原理是建立在某些強關聯材料的電轉換上，也是利用器件電阻的可逆改變進行數據存儲。此外，巨磁阻存儲器也是建立在電阻的改變上，也可以說是電阻轉換存儲器的一種。

在傳統的相變存儲器中，器件內部的相變材料在電信號的作用下，實現存儲材料均勻的變化，即在器件內部所產生和存在的非晶和多晶的相變材料區域成份基本均勻。在中國發明專利CN201010127277.2(發明人：張挺等，《電阻存儲器裝置》)中，提出了一種新型的納米晶電阻轉換存儲器，其原理是建立在材料內部納米晶材料的產生電阻的改變上，與相變存儲器的不同之處在于，在該器件進行邏輯反轉的時候，存儲材料中，僅有部分的材料組份或者顆粒參與電阻的轉變，其余的“功能材料”部分則保持穩定不變，起到的是隔離和框架的作用。這種納米晶電阻轉換存儲器的原理顯然也與電阻隨機存儲器也大相徑庭，具體表現在電阻轉換的過程中，前者內組份分布并不均勻，一直存在不同的至少兩組的材料組份，因此是一種新的存儲原理。

制造納米晶電阻轉換存儲器的難點在于制備得到均勻的納米晶存儲材料的方法，均勻的納米晶材料顯然能夠大幅度提升存儲器的性能，增加器件的可靠性，然而，當前，制備均勻的納米晶薄膜依舊是一個難題。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是：提供一種制備納米晶電阻轉換材料的方法，解決了無法制備均勻納米晶存儲材料的難題。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：

一種制備納米晶電阻轉換材料的方法，包含如下步驟：

A、沉積厚度小于10nm的具有電阻轉換功能的材料超薄薄膜；

B、在真空腔室內采用退火，通過團聚效應形成均勻的具有存儲功能的納米晶顆粒；

C、沉積包覆材料，均勻地包覆在具有存儲功能的納米晶顆粒表面；

D、重復步驟A到步驟C，直到得到足夠的厚度，制備得到均勻的納米晶電阻轉換材料。

作為本發明的一種優選方案，所述的制備納米晶電阻轉換材料的方法中得到的納米晶電阻轉換材料能夠在電信號的作用實現材料電阻率的改變，所述的材料中具有存儲功能的納米晶顆粒需被包覆材料均勻地分隔開。形成的均勻的具有存儲功能的納米顆粒能夠在電信號的作用下改變的電阻率，而包覆材料則在電信號作用下電阻率保持不變。具有存儲功能的納米晶顆粒可以為相變材料顆粒，或電阻隨機存儲材料顆粒，或含銻材料顆粒。

作為本發明的一種優選方案，所述包覆材料為絕緣材料，或為半導體材料，或為含金屬材料。采用的退火為快速退火，退火在真空中進行。形成的具有存儲功能的納米晶顆粒的尺寸小于直徑為30nm的球體。沉積存儲材料和包覆材料超薄薄膜的方法為氣相沉積法，或為物理沉積法，或為原子層沉積法。

一種制備納米晶電阻轉換材料的方法，包含如下步驟：交替生長存儲材料和功能材料薄層，薄膜沉積完成后，采用退火得到納米晶存儲材料，薄膜沉積得到的存儲材料薄層的厚度小于20nm，功能材料薄層厚度小于10nm。

作為本發明的一種優選方案，所述的制備納米晶電阻轉換材料的方法中得到的納米晶電阻轉換材料能夠在電信號的作用下實現材料的電阻率在高、低值之間的轉換。納米晶存儲顆粒可為相變材料，或為電阻隨機存儲材料，或為含銻材料材料。包覆材料在電信號的作用下無電阻的轉換現象，這些功能材料為絕緣材料，或為半導體材料，或為含金屬材料。形成的納米存儲顆粒的尺寸小于30nm。工藝中可以采用不同類型的電阻轉換材料和功能材料，也可以沉積不同厚度的電阻轉換材料和功能材料，即在同時制備得到的納米晶電阻轉換材料中可以還有多種電阻轉換材料和多種功能材料。

一種制備納米晶電阻轉換材料的方法，包含如下步驟：

A1、沉積具有電阻轉換功能的存儲材料超薄薄膜，薄膜厚度少于15nm；

B1、在具有反應的氣體的氣氛中退火，通過退火反應和團聚效應的共同作用，形成具有存儲功能的納米晶顆粒的同時，在納米晶顆粒的表面形成反應物作為包覆層；