[發(fā)明專利]鎳離子摻雜鍺銻碲熒光相變信息存儲材料及其制備方法

有效

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• 申請日: 2011-07-20
• 公開（公告）號: CN102329619A
• 公開（公告）日: 2012-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張科;梁廣飛;王陽;吳誼群
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院上海光學精密機械研究所
• 主分類號: C09K11/88
• 分類號: C09K11/88;C23C14/35;C23C14/06
• 代理公司: 上海新天專利代理有限公司 31213
• 代理人: 張澤純

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及相變信息存儲材料，特別是一種鎳離子摻雜鍺銻碲熒光相變信息存儲材料及其制備方法。

背景技術(shù)

相變存儲材料是一種可以在晶態(tài)和非晶態(tài)之間快速反復(fù)轉(zhuǎn)變的材料。由于其相對其他存儲材料的非易失性、讀寫的高速度和集成的高密度性，基于相變材料的相變存儲器被寄予厚望。相變存儲器可用于光存儲和電存儲（半導(dǎo)體存儲）。

利用相變材料進行光存儲的原理是其晶態(tài)和非晶態(tài)之間存在大約20%左右的可見光反射率對比度。信息讀出時，將一束激光照射信息單元點，探測其反射光強度以確定該點的狀態(tài)。

利用反射率進行信息存儲本質(zhì)上是一種被動存儲機制，因為兩個態(tài)之間的反射率對比度只有大約20%左右，經(jīng)過多次循環(huán)后兩個態(tài)之間的差別逐漸減小，以至于難以識別，這是制約相變光存儲材料循環(huán)次數(shù)的一個重要因素，而循環(huán)次數(shù)與光存儲設(shè)備的使用壽命直接相關(guān)。

Ni²⁺是一種被廣泛研究的激光發(fā)射離子，早在60年代已有Ni²⁺摻雜MgF₂晶體的激光輸出報道。近年來，Ni²⁺摻雜微晶玻璃的近紅外光放大器一度成為光通信放大器領(lǐng)域的研究焦點。Ni²⁺的發(fā)光條件是必須處在特定晶體如MgF₂、MgO、MgAl₂O₄的六面體八配位態(tài)之中。Ni²⁺的典型發(fā)光處于1200-1400nm之間。在玻璃相，Ni²⁺不發(fā)光。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種鎳離子摻雜鍺銻碲熒光相變信息存儲材料及其制備方法，該熒光相變信息存儲材料與傳統(tǒng)相變材料的制備過程完全兼容，制備方法簡單可控。本發(fā)明結(jié)合傳統(tǒng)相變材料的優(yōu)點和Ni²⁺在基質(zhì)不同相態(tài)下熒光效應(yīng)的巨大差異，可以大大增加相變光存儲中兩態(tài)的對比度。

本發(fā)明的解決方案如下：?

一種鎳離子摻雜鍺銻碲熒光相變信息存儲材料，其特點在于該材料的組成為Ge₂Sb₂Te₅:0.1～0.3Ni²⁺，該材料是通過磁控濺射方法將Ge₂Sb₂Te₅靶和NiO靶共濺在K9玻璃基片上的膜層，該膜層的厚度為100～250nm。。

一種鎳離子摻雜鍺銻碲熒光相變信息存儲材料的制備方法，其特點在于該方法是：利用磁控濺射設(shè)備，在真空度為3.0～5.0×10^-4Pa的條件下,?在清潔的K9玻璃基片上共濺射NiO和Ge₂Sb₂Te₅，NiO靶和Ge₂Sb₂Te₅靶的濺射功率分別為7w～15w和70w～150w，共濺膜層厚度為100～250nm。材料組成可以通過兩靶的濺射功率調(diào)節(jié)，膜層厚度可以通過濺射時間調(diào)節(jié)。

Ge₂Sb₂Te₅（簡稱為GST）的FCC相是NaCl結(jié)構(gòu)，Te處在Cl位置，Ge、Sb和空位隨機分布在Na位置；Ni²⁺摻雜晶態(tài)Ge₂Sb₂Te₅后，占據(jù)空位位置，該位置是Te原子的六配位八面體態(tài)，符合Ni²⁺在晶體中的發(fā)光條件；在非晶態(tài)的Ge₂Sb₂Te₅是一種硫系玻璃，不符合Ni²⁺離子的發(fā)光條件。

本發(fā)明的工作原理是：

鎳摻雜鍺銻碲熒光相變信息存儲材料通過磁控濺射方法，將Ge₂Sb₂Te₅靶和NiO靶共濺到K9玻璃基片上得到非晶態(tài)樣，而后在納秒激光的作用下得到晶態(tài)樣。在980nm激光激發(fā)下，晶態(tài)樣有位于1150nm附近的熒光，非晶態(tài)樣無熒光，分別代表信息存儲的兩個狀態(tài)。

用納秒激光對制備的薄膜進行了晶化實驗，結(jié)果表明，本發(fā)明材料可以在500ns內(nèi)完全晶化。

本發(fā)明的技術(shù)效果：