专利名称：一种制备合金相变材料纳米点阵的方法
技术领域：
本发明涉及一种制备合金相变材料纳米点阵的方法，尤其是一种制备尺寸可控的锗锑碲(GexSbyTez)和硅锑,帝(SixSbyTez )合金相变 材料纳米点阵的方法，属于纳米电子和纳米光电子器件材料技术领 域。
背景技术：
硫系化合物锗锑碲(GexSbyTez)或硅锑碲(SixSbyTez )相变型半 导体存储器(简称PCRAM)是一种新兴的半导体存储器，与目前已有 的多种半导体存储技术相比具有非易失性、循环寿命长、功耗低、可 多级存储、高速读取、抗干扰等优点。然而要使得PCRAM器件与商用 化存储器相比体现出优越性和竟争性，就必须做成纳电子器件，尤其 是作为存储器最核心的相变有源区的尺寸必须达到几十纳米到几纳 米，才能使材料发生相变所需的电压和功耗大大降低，实现真正意义 上的纳电子器件。据申请人了解，目前制备小尺寸的C-R細硫系化合物纳米阵列大 多用电子束曝光或纳米压印等技术，其制备工艺复杂、生产成本高。 发明内容本发明要解决技术问题是针对以上现有技术存在的缺点，提出 一种工艺简单、不需大型昂贵设备、生产效率高，并且是环境友好的 制备合金相变材料纳米点阵的方法，从而为开辟相变存储器的工业化 制造新途径奠定基础。为了解决以上技术问题，本发明制备合金相变材料纳米点阵的方法包括以下步骤第一步、在水面铺设单层纳米聚苯乙烯小球PS，使水表面形成 单层PS胶体球膜；第二步、用覆盖有锗锑碲或硅锑碲薄膜的衬底片将水表面的PS 小球膜捞起后干燥；第三步、用附在衬底片锗锑碲或硅锑碲薄膜上的单层聚苯乙烯小 球膜作为掩模版，采用四氟化碳(CF4)气体对衬底进行反应离子刻 蚀(RIE)，形成锗锑碲或硅锑碲纳米阵列；第四步、将上一步的制品在有机溶剂中浸泡，去除附在锗锑碲或 硅锑碲薄膜上的聚苯乙烯'J 、球膜；第五步、在锗锑碲或硅锑碲纳米阵列上层蒸镀绝热、绝缘材料；第六步、去除蒸镀层表皮，形成相互绝热、绝缘的纳米相变材料阵列。经过以上步骤，即可完成常温下高密度且均匀分布的硅纳米点、 纳米线的构筑。实验证明，以上第四步中的有机溶剂浸泡液采用四氢 呋喃或丙酮溶液效果最好，如在浸泡中加载超声波，则效果更好；以 上第五步中的绝热、绝缘薄膜材料采用二氧化硅或二氧化锆效果最 好。本发明的优点可以归纳如下1. 适于锗锑碲或硅锑碲纳米点阵的大面积批量生产；2. 常温制备，工艺简单，与传统的半导体的硅工艺相兼容；3. 能够有效控制锗锑碲或硅锑碲纳米点阵形成的周期、形貌、 尺寸和均匀度；4. 可以实现相变材料的高密度和高均匀度，适用于构筑高密度5纳米存储器件。采用本发明的方法后，可以与当前微电子工艺技术相兼容，避免 使用成本昂贵的超精细加工技术，获得高密度、高均匀度的锗锑碲和 硅锑碲纳米点阵，使得相变材料的有源区的尺寸达到几十纳米甚至几 纳米，有助于大大降低材料发生相变所需的电压和功耗，使硫系化合 物纳米相变材料走出实验室，切实实现产业化。
下面结合附图对本发明作进 一 步的说明。图1为本发明一个实施例方法的制备过程示意图。
具体实施方式
实施例一本实施例的一种制备合金相变材料纳米点阵的方法如图1所示，制备过程包括以下步骤第一步、在水表面铺设单层纳米聚苯乙烯小球PS小球利用水 表面张力作用，将单层PS胶体(尺寸50nm-500nm)小球铺设在水表 面，使水表面形成高密度、大面积、有序排列的单层PS胶体球膜， 将PS胶体球膜静置在水面上约10分钟。第二步、捞PS小球单层膜用覆盖有硅锑碲薄膜的衬底片将PS 小球膜捞起，在空气中自然挥发干燥；为了使PS胶体球膜与衬底更好 的粘合在一起，对干燥好的制品进行60士5。C、 l土O. 1小时的退火处 理。第三步、反应离子刻蚀用附在硅锑碲薄膜的单层聚苯乙烯小球 (PS)作为掩模版，采用四氟化碳(CF4)气体对样品进行反应离子 刻蚀(RIE)，时间2-5分钟，形成硅锑碲纳米阵列。不同的刻蚀时间 (2-5分钟)，可以获得不同尺寸(180-80nm)的硅锑碲纳米阵列。第四步、退火去除PS掩模版常温下将上一步制品放入四氢呋 喃中浸泡，并加载超声波，超声处理5-IO分钟，即可将聚苯乙烯小球膜完全去除。第五步、在硅锑碲纳米阵列上层蒸镀二氧化硅绝热、绝缘材料。第六步、最后用纳米抛光液去除蒸镀层表皮，形成相互绝热、绝 缘的硅锑碲纳米相变材料阵列。实施例二本实施例制备合金相变材料纳米点阵的方法基本步骤与实施例 一相同，不同之处在于1、 第二步中采用覆盖有锗锑碲薄膜的衬底片将PS小球膜捞起 后，在空气中自然挥发干燥并退火处理。2、 第三步中用附在锗锑碲薄膜的单层聚苯乙烯小球作为掩模版， 采用四氟化碳气体对样品进行反应离子刻蚀(中国科学院微电子中心 ME3A型多功能反应离子刻蚀机)，形成锗锑碲纳米阵列。3、 第四步中将上一步制品放入丙酮超声波液中浸泡，将聚苯乙 烯小球膜完全去除。4、 第五步中在锗锑碲纳米阵列上层蒸镀二氧化锆绝热、绝缘材料。5、 第六步中再采用四氟化碳气体对样品进行反应离子刻蚀(中 国科学院微电子中心ME3A型多功能反应离子刻蚀机)去除蒸镀层表 皮，形成相互绝热、绝缘的锗锑碲纳米相变材料阵列。以上过程基于自组装纳米球技术，利用单层纳米聚苯乙烯小球 (PS)掩模版，结合现有反应离子刻蚀技术，因此切实可行，可以制 备出二维高密度、尺寸可控的硅锑碲或锗锑碲纳米点阵结构，从而应 用于纳米电子学和光电子学器件。
权利要求
1.一种制备合金相变材料纳米点阵的方法，其特征在于包括以下步骤第一步、在水面铺设单层纳米聚苯乙烯小球，使水表面形成单层胶体球膜；第二步、用覆盖有锗锑碲或硅锑碲薄膜的衬底片将水表面的小球膜捞起后干燥；第三步、用附在衬底片锗锑碲或硅锑碲薄膜上的单层聚苯乙烯小球膜作为掩模版，采用四氟化碳气体对衬底进行反应离子刻蚀，形成锗锑碲或硅锑碲纳米阵列；第四步、将上一步的制品在有机溶剂中浸泡，去除附在锗锑碲或硅锑碲薄膜上的聚苯乙烯小球膜；第五步、在锗锑碲或硅锑碲纳米阵列上层蒸镀绝热、绝缘材料；第六步、去除蒸镀层表皮，形成相互绝热、绝缘的纳米相变材料阵列。
2. 根据权利要求1所述制备合金相变材料纳米点阵的方法，其 特征在于所述第二步中在空气中自然挥发干燥，之后对干燥好的制 品进行60土5。C, 1 ± 0. 1小时的退火处理。
3. 根据权利要求2所述制备合金相变材料纳米点阵的方法，其 特征在于所述第四步中将制品放入四氢呋喃或丙酮溶液中浸泡5-10 分钟，去除聚苯乙烯小球膜。
4. 根据权利要求3所述制备合金相变材料纳米点阵的方法，其 特征在于所述第四步中的浸泡液加载超声波。
5. 根据权利要求4所述制备合金相变材料纳米点阵的方法，其特征在于所述第五步中的绝热、绝缘材料为二氧化硅或二氧化锆。
6. 根据权利要求5所述制备合金相变材料纳米点阵的方法，其 特征在于所述第六步中用纳米抛光液去除蒸镀层表皮。
7. 根据权利要求5所述制备合金相变材料纳米点阵的方法，其 特征在于所述第六步中采用反应离子刻蚀去除蒸镀层表皮。
全文摘要
本发明涉及一种制备合金相变材料纳米点阵的方法，属于纳米电子和纳米光电子器件材料技术领域。该方法包括在水表面铺设单层纳米聚苯乙烯小球PS小球、用衬底材料捞PS小球单层膜、反应离子刻蚀、退火去除PS掩模版、在纳米阵列上层蒸镀绝热绝缘材料、去除蒸镀层表皮各步骤，形成相互绝热、绝缘的纳米相变材料阵列。采用本发明后，可以与当前微电子工艺技术相兼容，避免使用成本昂贵的超精细加工技术，获得高密度、高均匀度的锗锑碲和硅锑碲纳米点阵，使得相变材料的有源区的尺寸达到几十纳米甚至几纳米，有助于大大降低材料发生相变所需的电压和功耗，使硫系化合物纳米相变材料走出实验室，切实实现产业化。
文档编号C23F1/10GK101244803SQ200810024440
公开日2008年8月20日 申请日期2008年3月20日 优先权日2008年3月20日
发明者萍 孙, 岭 徐, 骏 徐, 明 戴, 伟 李, 卫 李, 甘新慧, 赵伟明, 陈坤基, 马忠元 申请人:南京大学