[發(fā)明專利]碳化物復(fù)合相變存儲材料及制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010515116.0
• 申請日: 2010-10-21
• 公開（公告）號: CN102453823A
• 公開（公告）日: 2012-05-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳良才;朱敏;宋志棠
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所
• 主分類號: C22C32/00
• 分類號: C22C32/00;C23C14/34;C23C14/06
• 代理公司: 上海光華專利事務(wù)所 31219
• 代理人: 李儀萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及相變存儲材料及制備方法，尤其是指一種碳化物復(fù)合相變存儲材料及制備方法，屬于半導(dǎo)體存儲器的相關(guān)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

1968年Stanford?R.Ovshinsky在其Physical?Review?Letters的文章中首先報道了在硫系化合物(Ge₁₀Si₁₂As₃₀Te₄₈)中發(fā)現(xiàn)了電場激發(fā)下的高低阻值之間的轉(zhuǎn)變現(xiàn)象。然而硫系化合物真正被應(yīng)用到電學(xué)存儲器中也只是最近十幾年的事情，這都?xì)w因于微電子行業(yè)這些年的發(fā)展，為電學(xué)存儲器件的實(shí)現(xiàn)提供了技術(shù)前提，因?yàn)橹挥性谖⒚咨踔良{米尺度的情況下，硫系化合物材料相變所需要的功耗才能大大降低，其工業(yè)化才被提上日程。

20世紀(jì)90年代后，基于硫系化合物薄膜的技術(shù)得到迅猛發(fā)展，硫系化合物成功地應(yīng)用于光盤(CD)、可擦寫數(shù)碼多功能光盤(DVD±RW)，數(shù)碼多功能隨機(jī)存儲器(DVD-RAM)和藍(lán)光光盤。硫系化合物能夠在光盤中廣泛應(yīng)用，主要由于硫系化合物在不同能量的激光脈沖下能夠?qū)崿F(xiàn)非晶態(tài)與晶態(tài)的快速的可逆的變化，并且其非晶態(tài)的電阻率與晶態(tài)的電阻率有著幾個數(shù)量級的差異，分別對應(yīng)著數(shù)據(jù)存儲中的“0”、“1”。然而相變材料能夠用于相變存儲器，是由于相變材料具有在不同能量的電脈沖的作用下實(shí)現(xiàn)非晶態(tài)與晶態(tài)的快速的可逆的變化的特性。

作為最有可能廣泛應(yīng)用的下一代非揮發(fā)性存儲器，相變存儲器有著諸多的優(yōu)點(diǎn)：相變速度快、存儲密度大、數(shù)據(jù)保持力長以及與CMOS完美兼容。然而相變存儲器主體相變材料自身也存在一些缺陷，比如非晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫w的所需時間長、晶體轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷B(tài)所需電流過大。正是這些不足，阻礙了相變存儲器向市場推廣。世界各地的研究人員想方設(shè)法，通過在相變存儲器中摻入N、O、Ag、Cu等單質(zhì)來改善其性能，得到了一些很好的結(jié)果。同時，在相變材料中摻入化合物的方法也引起研究人員廣泛關(guān)注，得到了一些意想不到的優(yōu)異性能，摻入的化合物主要包括氮化物、硅化物、氧化物等。本發(fā)明通過在相變材料中摻入碳化物的方法，改善了相變材料某些缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題在于提供一種碳化物復(fù)合相變存儲材料及其制造方法，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：

一種碳化物復(fù)合相變存儲材料，由碳化物和至少一種相變材料復(fù)合而成。

其中，所述碳化物將相變材料隔離成納米量級區(qū)域，使相變材料顆粒生長受到束縛。

所述的相變材料為硫系化合物，優(yōu)選為：鍺銻合金、銻碲合金或鍺銻合金。所述的碳化物優(yōu)選為：碳化四硼(B₄C)、二碳化三鉻(Cr₃C₂)、碳化鉿(HfC)、碳化二鉬(Mo₂C)、碳化鈮(NbC)、碳化硅(SiC)、碳化鉭(TaC)、碳化鈦(TiC)、碳化鎢(WC)、碳化二鎢(W₂C)、碳化釩(VC)、碳化鋯(ZrC)中的一種或多種。

所述碳化物在碳化物復(fù)合相變材料中的摩爾百分比含量為5％-50％。

一種碳化物復(fù)合相變存儲材料的制備方法是采用硫系化合物靶與碳化物靶共濺射形成碳化物復(fù)合相變存儲材料。

作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，濺射體為氬氣，本底真空小于10^-4Pa，濺射氣壓為0.21Pa～0.22pa，相變材料采用直流或射頻濺射電源，碳化物采用射頻濺射電源。

本發(fā)明的有益效果在于：

碳化物復(fù)合相變存儲材料由相變材料與碳化物復(fù)合成，其中碳化物將相變材料隔離成納米量級區(qū)域，相變材料生長受到束縛。碳化物與相變材料不發(fā)應(yīng)，兩種化合物中的元素互不成鍵，相變材料被碳化物所包圍，當(dāng)碳化物復(fù)合相變存儲材料在一定的退火溫度下退火時，相變材料由非晶態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)，而碳化物依然為非晶態(tài)，從而束縛了相變材料顆粒的增長，晶粒尺寸減小，晶界增多，材料的電阻率增大。

碳化物復(fù)合相變存儲材料晶態(tài)與非晶態(tài)的電阻率隨著碳化物摻入量的增加而升高，因此可通過增加碳化物含量的方法來增大相變材料的晶態(tài)電阻率，解決由于晶態(tài)電阻過小而導(dǎo)致的閾值電流過大的問題。同時，由于摻入的碳化物相對穩(wěn)定，不易氧化，被碳化物包圍的相變存儲器中易揮發(fā)的元素如Te等由于碳化物的束縛，其抗氧化性和穩(wěn)定性得到了大幅度的提升。

附圖說明

圖1為優(yōu)選實(shí)施例中用于R-T測試的相變單元結(jié)構(gòu)示意圖。