[發明專利]用于相變存儲器的Zn-Sb-Se相變存儲薄膜材料

有效

• 申請號: 201410473416.5
• 申請日: 2014-09-17
• 公開（公告）號: CN104328326B
• 公開（公告）日: 2016-11-30
• 發明（設計）人: 王國祥;沈祥;徐培鵬;呂業剛;陳益敏;田曼曼;李軍建;戴世勛;聶秋華;徐鐵峰
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: C22C30/06
• 分類號: C22C30/06;C23C14/35;C23C14/14;H01L45/00
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理事務所(普通合伙) 33226
• 代理人: 蔡菡華

技術領域

本發明涉及相變存儲材料技術領域，尤其涉及用于相變存儲器的Zn-Sb-Se相變存儲薄膜材料。

背景技術

相變存儲技術(PRAM)是近年才興起的一種新概念存儲技術，它利用相變薄膜材料在光/電脈沖作用下在晶態和非晶態之間相互轉換來實現數據寫入和擦除，是目前存儲器研究的一個熱點，被認為最有希望成為下一代主流存儲器。與其他一些未來取代閃存的磁阻存儲器(MRAM)、鐵電存儲器(FeRAM)、阻變存儲器(RRAM)相比，PRAM在尺寸縮小方面具有更大優勢。它不但具備讀寫速度快(ns量級)、循環次數高(>10¹²)、功耗低等特點之外，還與現有的CMOS工藝兼容，技術實現難度和產業成本較低，并且能實現多位存儲。除此之外，PRAM存儲技術具有抗強震動、抗輻射性能，在航天航空領域具有極其重要的應用前景。

目前在相變存儲器存儲材料中，Sb₂Te₃具有較快的晶化速度(ns量級)，但是結晶溫度較低(100℃)，GeTe具有較高的結晶溫度(191℃)，但是結晶速度較慢(μs量級)。就單一結構材料而言，很難同時在相變速度和數據保持力獲得良好的性能，因為相變材料在結晶速度和熱穩定性之間存在一個平衡。在偽二元Sb₂Te₃-GeTe鏈上，Ge₂Sb₂Te₅(GST)材料的晶化溫度約為168℃，結晶時間最短可以達到50ns，非晶態與晶態電阻之比較大，達到10⁵；非晶態和晶態之間具有較好的可逆性。但是實際應用中Ge₂Sb₂Te₅存儲材料存在以下缺點：

(1)、GST在相變時有較大的密度變化(在晶化和相轉變后分別增加了6.8％和8.8％)，結晶速度不佳，一般為幾百ns，影響到擦寫速度和器件的可靠性；

(2)、GST熔點較高為620℃，晶態電阻較低，會引起以傳統GST材料為存儲介質的PRAM存儲單元的功耗較大；

(3)、由于GST的結晶溫度較低(約168℃)，以傳統GST材料為存儲介質的PRAM存儲單元的數據只能夠在88.9℃下保存10年，在高溫下的數據保存壽命短。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種結晶溫度高、熱穩定性好、晶態電阻高、結晶速度快且可逆循環的用于相變存儲器的Zn-Sb-Se相變存儲薄膜材料。

本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：用于相變存儲器的Zn-Sb-Se相變存儲薄膜材料，所述的相變存儲薄膜材料為富Sb的Zn-Sb-Se化合物，其化學結構式為Zn_xSb_ySe_z，其中：0<x<35，45<y<55，20<z<55，x+y+z＝100。

所述的相變存儲薄膜材料的化學結構式為Zn_19.0Sb_45.7Se_35.3。

所述的Zn-Sb-Se相變存儲薄膜材料由ZnSb合金靶和SbSe合金靶在磁控濺射鍍膜系統中通過雙靶共濺射獲得。

所述的用于相變存儲器的Zn-Sb-Se相變存儲薄膜材料，通過以下方法制備得到：

在磁控濺射鍍膜系統中，采用石英片或氧化硅片為襯底，將ZnSb合金靶材安裝在磁控直流濺射靶中，將SbSe合金靶材安裝在磁控射頻濺射靶中，將磁控濺射鍍膜系統的濺射腔室進行抽真空直至室內真空度達到2.5×10^-4Pa，然后向濺射腔室內通入體積流量為50ml/min的高純氬氣直至濺射腔室內氣壓達到濺射所需起輝氣壓0.35Pa，然后控制ZnSb合金靶的濺射功率為0～15W，SbSe合金靶的濺射功率為10W或20W，在室溫下雙靶共濺射鍍膜，濺射厚度為80nm后，即得到沉積態的富Sb的Zn-Sb-Se相變存儲薄膜材料。