[發(fā)明專利]一種Ca摻雜碲化銻超穩(wěn)相變存儲薄膜材料及其制備方法

有效

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• 申請日: 2020-06-12
• 公開（公告）號: CN111876731B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發(fā)明（設計）人: 陳益敏;毛緣恩;王國祥;侯亞飛;沈祥
• 申請（專利權）人: 寧波大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/16;C23C14/18;C23C14/58;H01L35/16;H01L35/34
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理有限公司 33226
• 代理人: 何仲

本發(fā)明公開了一種Ca摻雜碲化銻超穩(wěn)相變存儲薄膜材料及其制備方法，特點是該相變薄膜材料為鈣、銻、碲三種元素組成的混合物，其化學結構式為Ca_x(Sb₂Te₃)_100?x，其中0x17.6 at%，通過磁控濺射鍍膜系統(tǒng)，采用雙靶共濺射方式制備得到Ca_x(Sb₂Te₃)_100?x相變存儲薄膜材料，優(yōu)點是該Ca?Sb₂Te₃相變薄膜具有較高的結晶溫度、較大的析晶活化能、較好的十年數(shù)據(jù)保持能力，該相變薄膜具有較高的結晶溫度，較大的析晶活化能，較好的十年數(shù)據(jù)保持力，且電阻漂移系數(shù)較低，從而改善相變材料在非晶態(tài)下的電阻漂移現(xiàn)象。

技術領域

本發(fā)明涉及相變存儲材料技術領域，尤其是涉及一種Ca摻雜碲化銻超穩(wěn)相變存儲薄膜材料及其制備方法。

背景技術

信息存儲在人類歷程中扮演著重要的角色。現(xiàn)如今的電子技術發(fā)展極大增加了數(shù)字數(shù)據(jù)量，據(jù)報道2020年低的全球數(shù)據(jù)規(guī)模將達44澤字節(jié)（約等于1萬億GB）。如此龐大數(shù)據(jù)群的存儲、傳輸和處理會消耗大量資源，在未來將面臨嚴峻挑戰(zhàn)。另外，當下最流行的非易失性存儲器閃存（Flash）和易失性動態(tài)隨機存儲器（DRAM）的擦寫時間相差近5個數(shù)量級（~105 ns和~10 ns），這嚴重制約數(shù)據(jù)存儲與傳輸效率，因此亟需一場存儲器革命，研發(fā)存儲快、密度高、穩(wěn)定性好的非易失性存儲器。

相變存儲器（PRAM）作為新一代非易失存儲技術，與Flash技術比較，在存儲速度，存儲密度方面具有絕對優(yōu)勢，其存儲速度約為30 ns，存儲密度高達200 Gb/in.²，存儲循環(huán)次數(shù)可達10¹²，而且還與現(xiàn)有的CMOS工藝兼容，技術實現(xiàn)難度和產(chǎn)業(yè)成本較低。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。PRAM這些特點被認為最有可能取代Flash，成為下一代非易失性存儲器，從而解決大容量數(shù)據(jù)存儲問題和數(shù)據(jù)存儲傳輸效率瓶頸。決定相變存儲器性能優(yōu)劣的一個重要因素是相變材料的好壞，因此發(fā)展性能優(yōu)異的新型相變材料對提高和改進相變存儲器的性能具有重要的實際應用意義。

現(xiàn)有傳統(tǒng)的Ge₂Sb₂Te₅(GST)相變材料雖然已被廣泛用于如近些年英特爾和美光聯(lián)合研制出的3D XPoint等先進芯片技術，但是其很多性能缺陷仍然無法得到改善。比如，GST的非晶態(tài)穩(wěn)定性較差，包括結晶溫度較低，十年數(shù)據(jù)保持溫度較低，而且在非晶態(tài)GST中會發(fā)生結構弛豫現(xiàn)象，即在較長時間放置之后會發(fā)生明顯的非晶電阻漂移現(xiàn)象，致使存儲器因GST的非晶電阻不穩(wěn)定而引發(fā)數(shù)據(jù)存儲安全問題。也就是說，現(xiàn)有相變材料較低非晶態(tài)穩(wěn)定性和較大電阻漂移阻礙了相變存儲器的進一步應用。因此，亟需研究新型超穩(wěn)相變材料，即具有高熱穩(wěn)定性和低電阻漂移現(xiàn)象的材料來解決上述問題。通過研究發(fā)現(xiàn)，在常用相變材料基質中選擇適當元素摻雜，從材料本身來提高其熱穩(wěn)定性并減小電阻漂移現(xiàn)象，是一種直接高效的辦法，難點是如何找到合適的摻雜元素。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種具有高熱穩(wěn)定性和較低電阻漂移系數(shù)的Ca摻雜Sb₂Te₃超穩(wěn)相變存儲薄膜材料及其制備方法，該材料具有較高的結晶溫度、較大的析晶活化能、較好的十年數(shù)據(jù)保持能力。

本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種Ca摻雜碲化銻超穩(wěn)相變存儲薄膜材料，該材料是由鈣、銻、碲三種元素組成的化合物。

所述的Ca-Sb₂Te₃薄膜材料的化學結構式為Ca_x(Sb₂Te₃)_100-x，其中0x≤17.6at%。