[發(fā)明專(zhuān)利]納米復(fù)合相變材料、制備方法及其在相變存儲(chǔ)器中的應(yīng)用有效
| 申請(qǐng)?zhí)枺?/td> | 201110110342.5 | 申請(qǐng)日： | 2011-04-29 |
| 公開(kāi)（公告）號(hào)： | CN102169958A | 公開(kāi)（公告）日： | 2011-08-31 |
| 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人： | 呂業(yè)剛;宋三年;宋志棠 | 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人： | 中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所 |
| 主分類(lèi)號(hào)： | H01L45/00 | 分類(lèi)號(hào)： | H01L45/00;C23C14/34;B82Y10/00;B82Y40/00 |
| 代理公司： | 上海光華專(zhuān)利事務(wù)所 31219 | 代理人： | 李儀萍 |
| 地址： | 200050 *** | 國(guó)省代碼： | 上海;31 |
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| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 納米 復(fù)合 相變 材料 制備 方法 及其 存儲(chǔ)器 中的 應(yīng)用 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及一種基于碲化鍺的納米復(fù)合相變材料、制備方法、及作為相變存儲(chǔ)器的用途，尤其涉及一種由GeTe和HfO2形成的納米復(fù)合相變材料及其在相變存儲(chǔ)器中的用途。
背景技術(shù)
近年來(lái)，有可能成為下一代非易失性存儲(chǔ)器的相變存儲(chǔ)器(PCM)引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。與目前已有的多種半導(dǎo)體存儲(chǔ)技術(shù)相比，PCM具有單元尺寸小、數(shù)據(jù)保持力強(qiáng)、循環(huán)壽命長(zhǎng)、功耗低、可多級(jí)存儲(chǔ)、高速讀取、耐高低溫(-55-125℃)、抗輻照、和制造工藝簡(jiǎn)單(能和現(xiàn)有的集成電路工藝相匹配)等諸多優(yōu)點(diǎn)。它是利用外加電流產(chǎn)生的焦耳熱使得相變層在非晶態(tài)(高阻)和晶態(tài)(低阻)之間實(shí)現(xiàn)可逆相變，兩態(tài)間巨大的電阻差異(電阻比為10-500倍)可以用來(lái)存儲(chǔ)和讀取數(shù)據(jù)“0”和“1”。
PCM的操作性能主要取決于器件單元的相變存儲(chǔ)材料的相變性能。常用的相變存儲(chǔ)材料主要有GeTe-Sb2Te3、Ag-In-Sb-Te、Si-Sb-Te材料體系等，其中Ge2Sb2Te5(GST)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于商業(yè)相變光盤(pán)和相變存儲(chǔ)器。但也存在著一些缺點(diǎn)，例如功耗較大，難以實(shí)現(xiàn)高密度存儲(chǔ)，結(jié)晶溫度較低，數(shù)據(jù)保持力得不到保證，不能應(yīng)用在高溫存儲(chǔ)的特殊場(chǎng)合。在新研發(fā)的相變材料中，GeTe具有相變速度快，高低電阻差異大(105倍)，結(jié)晶溫度高和熱穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。但由于它的熔點(diǎn)較高(720度)，因而RESET電流明顯比GST大，因此GeTe的功耗較大，這制約了它作為商用的進(jìn)程。另外，在含Ge與Te元素的相變材料中，多次反復(fù)的高溫寫(xiě)擦操作會(huì)導(dǎo)致材料內(nèi)部本身的成分偏析，而且Ge或Te向界面處偏析，并與活潑的電極材料反應(yīng)的現(xiàn)象也被證實(shí)是對(duì)器件可靠性的極大威脅。因此，如何提高相變存儲(chǔ)器的熱穩(wěn)定性和數(shù)據(jù)保持力，以及降低功耗就成了急需解決的問(wèn)題。本發(fā)明通過(guò)GeTe與介質(zhì)材料的均勻復(fù)合，來(lái)提高熱穩(wěn)定性和降低功耗，以解決當(dāng)前相變存儲(chǔ)器中存在的問(wèn)題。
納米復(fù)合相變材料是指將相變材料作為主相，介質(zhì)材料為輔相，這兩相在納米尺度內(nèi)均勻分散復(fù)合，通過(guò)復(fù)合材料兩相間的“取長(zhǎng)補(bǔ)短”，彌補(bǔ)單一相變材料的缺陷，從而達(dá)到優(yōu)化相變材料相變性能的目的。目前在相變材料研究中，已經(jīng)報(bào)道的有SiO2與Ge2Sb2Te5相變材料的復(fù)合，但由于SiO2較小的介電常數(shù)以及復(fù)合材料較低的載流子遷移率，SiO2與Ge2Sb2Te5復(fù)合相變材料的閾值電壓較高。為了能夠進(jìn)一步提升器件的性能，尋找一種能夠同時(shí)降低閾值電壓和RESET電壓的介質(zhì)材料顯得尤為重要。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種熱穩(wěn)定性高、加熱效率高、及有效編程體積小的納米復(fù)合相變材料。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種納米復(fù)合相變材料的制備方法。
本發(fā)明的再一目的在于提供一種功耗低、數(shù)據(jù)保持能力強(qiáng)的相變存儲(chǔ)器。
本發(fā)明還有一目的在于提供一種性能優(yōu)越的相變存儲(chǔ)器的制備方法。
為了達(dá)到上述目的及其他目的，本發(fā)明提供的納米復(fù)合相變材料，包括：摩爾百分比為70-99％的相變材料GeTe，以及摩爾百分比為1-30％的介質(zhì)材料。
較佳的，在形成的復(fù)合材料中，所述相變材料GeTe與介質(zhì)材料HfO2均勻分布。
較佳的，所述相變材料GeTe在復(fù)合材料中呈納米級(jí)顆粒狀，例如，納米級(jí)顆粒狀，較佳的，最大直徑小于100納米。
上述納米復(fù)合材料的制備方法中包括采用GeTe合金靶，或者單質(zhì)Ge、Te靶和HfO2靶同時(shí)濺射的步驟。
較佳的，濺射時(shí)，本底真空度小于2×10-4Pa，濺射氣壓為0.18-0.25Pa，溫度為室溫，加在GeTe合金靶上的直流電源為10-60瓦，加在單質(zhì)Ge靶和Te靶上的直流功率為10-60瓦，加在HfO2靶上的射頻電源為10-80瓦，濺射時(shí)間為5-60分鐘，沉積厚度為50-300納米。
此外，本發(fā)明提供的相變存儲(chǔ)器包括采用上述納米復(fù)合相變材料作為存儲(chǔ)介質(zhì)的納米復(fù)合相變材料層。
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