专利名称：锑基二元相变薄膜的制作方法
技术领域：
本发明涉及相变信息存储领域，特别是一种锑基二元相变薄膜。可用于高密度、高速可擦重写相变光盘和相变随机存储器等，可用来提高介质的相变速率，进而提高器件的数据传输速率。
背景技术：
相变信息存储的基本概念最初由S. R. Ovshinsky在1968年提出(S. R. Ovshinsky, Reversible Electrical Switching Phenomena in Disordered Structures, Phys. Rev. Lett. 21，1450(1968))，主要是利用相变材料晶态时的高反射率以及低电阻和非晶态时的低反射率以及高电阻之间的可逆变化来实现信息的存储。信息存储基本可分为写、读、擦三个过程在晶态的薄膜上面利用短脉宽、高功率的激光或者电脉冲作用，使薄膜迅速升温到熔化温度以上，然后迅速冷却得到非晶态的数据记录点；这些记录点可以用低功率的连续激光或者电流，利用晶态和非晶态之间足够大的反射率或者电阻值差别进行数据的读出； 利用相对较长的脉宽、中等功率的激光或者电脉冲作用于非晶态记录点上，使其温度上升到晶化温 度以上进行晶化，进而擦除记录点。相变材料是相变信息存储器件中的关键，由于在器件应用中相变材料都是以薄膜形式出现，发展性能优异的相变材料薄膜及其制备方法显得至关重要。目前的相变材料主要有Ge2Sb2Te5和AgInSbTe等硫系半导体材料(含Te元素)， 已经做为存储介质成功应用于可擦重写光盘以及相变随机存储器中。然而由于传统相变材料的晶化时间比较长(一般约为200ns，参见Y. Fukuyama et. al.，Time-resolved investigation of nanosecond crystal growth in rapid—phase—change materials correlation with the recording speed of digital versatile disc media, Applied Physics Express 1，045001 (2008))，制约着相变光盘以及相变存储器的数据擦除速率，进而影响传输速率，需要发展新型快速相变材料。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种锑基二元相变薄膜，该锑基相变薄膜具有较高的相变速度。本发明的解决方案如下一种锑基二元相变材料薄膜，包括铝锑二元相变薄膜和锌锑(ZnxSby) 二元相变薄膜。一种铝锑二元相变薄膜，其特点在于利用磁控溅射设备，经过金属铝靶和锑靶共溅在清洁的基片上制备出铝锑相变薄膜层，通过改变溅射条件控制薄膜的成分和厚度， 该铝锑相变薄膜层的结构为AlxSby，其中Al的原子百分比χ在3. 8-14. 6%之间，所述基片为厚度为0. 6或1. 2mm的聚碳酸酯(PC)；所述的铝锑相变薄膜层为厚度为20 200nm的 AlSb0
一种锌锑(ZnxSby) 二元相变薄膜，其特点在于利用磁控溅射设备，经过金属锌靶和锑靶两靶共溅在清洁的基片上制备出锌锑相变薄膜层，通过改变溅射条件控制薄膜的成分和厚度，其中Zn的原子百分比在7. 8-45. 5%之间，所述基片为厚度为0. 6或1. 2mm聚碳酸酯；所述的锌锑相变薄膜层为厚度为20-200nm的ZnSb。
本发明的技术效果与现有的相变材料Ge2Sb2Te5以及AgInSbTe等相比，此种锑基二元相变薄膜 (AlSb、ZnSb)的晶化速率得到明显提高(晶化时间一般小于150ns)，有望应用于更高传输速率的相变信息存储。
图1为本发明锑基二元相变薄膜的一个实施例的多层膜结构示意图。图2为由泵浦_探测装置所得到的Al3.8Sb96.2薄膜归一化反射率随时间的变化曲线。
具体实施例方式下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。先请参阅图1，图1为本发明锑基二元相变薄膜的一个实施例的多层膜结构示意图。本发明锑基二元相变材料薄膜包括铝锑二元相变薄膜和锌锑二元相变薄膜两种，铝锑二元相变薄膜中=AlSb中Al的原子百分比在3. 8-14. 6%之间；锌锑二元相变薄中=ZnSb中 Zn的原子百分比在7. 8-45. 6%之间。除了相变薄膜单层结构，通过在相变层两侧加入介质层以及反射层可以制备多层膜结构，包括I.单层结构，即相变层3直接沉积在基片1上面；II.三层结构，即在基片1上先后沉积下介质层2、相变层3和上介质层4 ；III.四层结构，S卩在基片1上先后沉积下介质层2、相变层3、上介质层4和反射层5，如图1所示。所述的基片1为厚度为0. 6或1. 2mm的聚碳酸酯(PC)；下介质层2和上介质层 4为厚度为IOnm的ZnS-SiO2 (ZnS原子百分含量为80%，SiO2原子百分含量为20 % )或 SiN,上下介质层的加入使得相变薄膜更加稳定，起到保护相变层的目的；相变层3为厚度为10-200nm的AlSb或ZnSb ；反射层5为厚度为50nm的Ag或Au或Al。基片对于薄膜来说起到支撑作用；上下介质层对于薄膜起到保护作用，对相变薄膜的性质并不造成影响。反射层在具体应用时起到快速散热的作用。下面以AlSb 二元相变材料薄膜为实施例1，说明其具体制备步骤如下(a)基片采用干净的聚碳酸酯(PC)盘基，盘基的直径和厚度分别为120_和 1. 2mm，把盘基裁成40X40mm的基片，以便轻松放入镀膜机设备的托盘上。组后用高压氮气 (纯度"·9% )吹干。(b)把裁好的基片用镊子固定在磁控溅射仪的样品托上，然后把样品托夹持在溅射真空腔里的基片座上。把需要溅射的介质靶材(ZnS-SiO2)和共溅靶材(Sb或Al)放到相应的靶基座上固定好。不同的磁控溅射仪器具有不同的靶材直径和厚度，本发明溅射所用靶材直径均为60mm，调节靶材与基片之间的距离为60cm。然后关闭真空腔盖开始抽真空， 首先利用机械泵抽真空至5Pa以下，然后开分子泵，约Ih后开 高真空计，查看溅射腔内真空度，直至腔内真空度优于4X 10_4Pa，且真空度越小，成膜质量越高，接着关闭高真空计，开始材料薄膜溅射过程(c)首先进行下层介质膜层(ZnS-SiO2)的溅射工作，采用Ar作为溅射气体。打开Ar阀门开关向腔内充Ar，通过流量计控制Ar的通入量为80sCCm，同时调节磁控溅射仪闸板阀至工作气压为0. SPa ；接着打开射频电源，调节至靶材溅射所需功率 100W，待功率稳定后，利用计算机程序把装有基片的样品托转移至将要溅射的介质靶材上方，进行下介质层的溅射，采用计算机程序控制溅射时间为20min，溅射完成后，关闭射频电源，关闭Ar阀门，打开闸板阀抽气5min以去除腔内杂质；(d)接着进行共溅相变材料膜层(AlSb)的溅射工作，采用Ar作为溅射气体，打开 Ar阀门开关向腔内充Ar，通过流量计控制Ar的通入量为SOsccm，同时调节磁控溅射仪闸板阀至工作气压为0. SPa ；接着打开Al和Sb靶材的直流电源，固定Sb靶材的溅射功率为 27W，调节Al靶材的溅射功率为10W，待功率稳定后(约5min)，利用计算机程序把装有样品的样品托转移至预制好的共溅靶位上，进行相变层的溅射工作，采用计算机程序控制溅射时间为8min，溅射完成后，关闭直流电源，关闭Ar阀门，打开闸板阀抽气5min以去除腔内杂质；(e)然后进行上层介质膜层(ZnS-SiO2)的溅射工作，采用Ar作为溅射气体，打开 Ar阀门开关向腔内充Ar，通过流量计控制Ar的通入量为SOsccm，同时调节磁控溅射仪闸板阀至工作气压为0. 8Pa，接着打开射频电源，调节至靶材溅射所需功率100W，待功率稳定后，利用计算机程序把装有样品的样品托转移至将要溅射的介质靶位上，进行上介质层的溅射工作，采用计算机程序控制溅射时间为20min，溅射完成后，关闭射频电源，关闭Ar阀门，打开闸板阀抽气5min以去除腔内杂质；最后利用计算机程序使样品托恢复到原来位置，然后关闭磁控溅射仪，放气，开腔取出AlSb 二元相变薄膜。测量该AlSb 二元相变薄膜，结果是相变材料层(AlSb)成分为Al3.8Sb96.2(原子百分比，at % )，相变层厚度约为lOOnm，上下介质层(ZnS-SiO2)厚度约为lOnm。通过原位皮秒脉冲光泵浦，连续光探测的方法测量得到材料的晶化时间为113ns，反射率对比度为32%， 如图2所示。其它实例中相变薄膜的成分及厚度用下表给出
权利要求
1.一种铝锑二元相变薄膜，其特征在于利用磁控溅射设备，经过金属铝(Al)靶和锑(Sb)靶共溅在清洁的基片(1)上制备出铝锑相变薄膜层(3)，通过改变溅射条件控制薄膜的成分和厚度，该铝锑相变薄膜层(3)的结构为AlxSby，其中Al的原子百分比χ在 3. 8-14. 6%之间，所述基片(1)为厚度为0. 6或1. 2mm的聚碳酸酯(PC)；所述的铝锑相变薄膜层⑶为厚度为20 200nm的AlSb。
2.一种锌锑(ZnxSby) 二元相变薄膜，其特征在于利用磁控溅射设备，经过金属锌(Zn) 靶和锑(Sb)靶两靶共溅在清洁的基片上制备出锌锑相变薄膜层(3)，通过改变溅射条件控制薄膜的成分和厚度，其中Zn的原子百分比在7. 8-45. 5%之间，所述基片(1)为厚度为 0. 6或1. 2mm聚碳酸酯(PC)；所述的锌锑相变薄膜层(3)为厚度为20-200nm的ZnSb。
全文摘要
一种锑基二元相变薄膜，包括铝锑二元相变薄膜和锌锑(ZnxSby)二元相变薄膜。该锑基二元相变薄膜(AlSb、ZnSb)的特点是利用磁控溅射设备，经过金属(Al、Zn)靶和Sb靶两靶共溅，在清洁的基片上制备出锑基二元相变材料薄膜，通过改变溅射条件可以控制薄膜的成分，本发明锑基二元相变薄膜具较快的相变速度和较高的反射率对比度。
文档编号G11B7/242GK102332275SQ20111022922
公开日2012年1月25日 申请日期2011年8月11日 优先权日2011年8月11日
发明者吴谊群, 梁广飞, 王阳 申请人:中国科学院上海光学精密机械研究所