专利名称：用于相变存储器的Sb<sub>2</sub>Te<sub>x</sub>-SiO<sub>2</sub>纳米复合相变材料及制备方法
技术领域：
本发明涉及相变材料及制备方法，尤其是指一种用于相变存储器的Sb2Tex-SiO2纳米复合相变材料及制备方法，属于半导体存储器的相关领域。
背景技术：
随着信息的高速发展，数据信息量激增，对信息存储量的要求也剧增。而目前市场主流的非易失性存储器Flash读写速度比较缓慢，循环寿命短，尺寸缩小也将达到极限，必将被下一代新型存储器所取代。相变存储器满足了人们对非易失性器的需要，而且其制造工艺也相当简单，因此引来了越来越多人的关注。相变存储器采用以Ge2Sb2Te5为代表的硫系化合物薄膜，硫系化合物可在电脉冲的作用下实现非晶态与晶态的可逆相变。通过对相变材料施加一个强而窄的电脉冲(Reset 电流)可以实现晶态到非晶态的转变；施加一个弱而宽的电脉冲(Set电流)可以实现非晶态到晶态的转变。然而由于目前发现的主流相变材料的Reset电流远远高于CMOS工艺中驱动电路的驱动能力(< 0.5mA/μ m)，成为相变存储器发展中最主要的障碍。目前减小相变材料的Reset电流主要通过三种方式(一)、改善相变存储器的现有结构；(二)、在电极与相变材料之间或相变材料内部添加热阻层；(三)、探索新的具有低Reset电流的相变材料或对现有的相变材料进行掺杂改性。Sb2Tex相变材料比Ge2Sb2Te5相变速度快，熔化温度低，但是其结晶温度低 (< IOO0C )而造成热稳定性差，严重阻碍了其在相变存储器中的应用。
发明内容
本发明主要解决的技术问题在于提供一种用于相变存储器的Sb2Tex-SiO2纳米复合相变材料及制备方法，以提高相变材料的热稳定性、晶态与非晶态电阻，降低材料的 Reset电流与熔化温度等。为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案一种用于相变存储器的Sb2Tex-SiO2纳米复合相变材料，由相变材料Sb2Tex与 SiO2复合而成，其化学式为(Sb2Tex)y (SiO2)H，其中0.5彡X彡3，0.2<y< 1。较佳的， 2彡χ彡3。较佳的，SiO2中的元素不与相变材料Sb2Tex中的元素成键，且以独立的相存在。较佳的，相变材料Sb2Tex被SiO2隔离成纳米尺度的区域，使相变材料Sb2Tex颗粒生长受到束缚。较佳的，SiO2以非晶的形式存在。较佳的，相变材料Sb2Tex与SiO2呈均勻分布。较佳的，相变材料Sb2Tex成颗粒状，颗粒直径为纳米量级。较佳的，该纳米复合相变材料采用电脉冲作用实现电阻率的可逆转变。
较佳的，该纳米复合相变材料采用激光脉冲作用实现光学反射率的可逆转变。本发明还提供了一种上述用于相变存储器的Sb2Tex-SiO2纳米复合相变材料的制备方法采用Sb2Tex靶和SiO2靶共溅射的方法制备(Sb2Tex) y (SiO2) ^y纳米复合相变材料薄膜，其中0. 5彡χ彡3,0. 2彡y < 1。优选的，2彡χ彡3。作为本发明的优选方案，溅射体为氩气，本底真空小于2Χ 10_4Pa，溅射气压为 0. 21Pa 0. 22pa，Sb2Tex靶与SiO2靶均采用射频电源。此外，SiO2掺杂过多会导致材料相变性能恶化，采用在Sb2Tex的溅射功率不变的条件下，从OW开始逐次提升SiO2的溅射功率，提高SiO2在复合材料中所占比例，通过所测温度-电阻曲线确定SiO2的极限掺入量以及最佳掺入量。本发明的有益效果在于本发明的纳米复合相变材料是在Sb2Tex相变材料中掺入SiO2,使得具有可逆相变能力的Sb2Tex相变材料被非晶态SiO2隔离成纳米尺度的区域，形成复合结构。其中可逆相变的材料是Sb2Tex, SiO2并不参与可逆相变。SiO2的掺杂，抑制了 Sb2Tex晶粒的增长，从而提升了相变材料的电阻率和结晶温度，降低了相变材料的熔化温度。相变材料的晶态电阻的增加，降低了相变存储器件的Reset电流，克服了相变材料Reset电流过大的障碍。结晶温度的升高，提升了 Sb2Tex-SiO2相变材料器件稳定性，熔化温度的降低则有效降低了其功耗。该纳米复合材料在电脉冲作用下发生可逆相变，其电阻率发生变化时，高阻态的电阻值比低阻态至少大1倍。同时，由于SiO2的热导率比Sb2Tex的低，且掺入5叫后，增加了相变材料的晶界密度，使相变材料的热导率降低，从而提高了能量的利用率。随着掺入SiO2含量的增加，复合相变材料的非晶与晶态电阻率均单调的增大。因此，通过控制材料中SiO2的含量可以得到更好的相变性能，一方面，可以使晶态与非晶态之间的电阻差值更大，Reset电流减小、功耗降低；另一方面，可以提升结晶温度，使材料的热稳定性和数据保持力均得到增强。此外，通过控制掺入SiO2的含量，还可以得到相变前后体积变化更小的相变材料薄膜(相比于Sb2Tex)。而且，由于SiO2的稳定性，相比于其它掺入单质(如Si)的相变材料，其抗氧化性增强。
图1为实施例一中不同组分的Sb2Tex-SiO2纳米复合相变材料样品在沉积态时的 XRD图像。图2为实施例一中不同组分Sb2Tex-SiO2纳米复合相变材料样品方块电阻与退火温度的关系曲线。图3为实施例二中Sb2Te2.4-Si02纳米复合相变材料的电流-电压曲线。图4为实施例二中Sb2Te2.4-Si02纳米复合相变材料的电阻-电压曲线。
具体实施例方式下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。实施例一
本实施例中的纳米复合相变材料可以采用Sb2I^3靶和SW2靶共溅射的方法制备而得。其具体制备条件为在共溅射过程中同时通入纯度为99. 999%的Ar气。Sb2I^3靶和 SiO2靶均采用射频电源，Sb2Te3靶的功率设为20W，SiO2的功率分别设为5W、10W、15W、50W、 60W,通过改变SW2的功率得到不同的组分。溅射时间优选为30分钟，薄膜厚度为120nm左
右ο其中可以将不同组分的薄膜样品制备于不同的衬底上。衬底分别为Al膜、Si片衬底、SiA片衬底、铜网。将溅射在Al膜的样品用于EDS测试，得到材料的具体组分如表1。表 权利要求
1.一种用于相变存储器的Sb2Tex-SiO2纳米复合相变材料，其特征在于由相变材料 Sb2Tex与SiO2复合而成，其化学式为(Sb2Tex) Y(SiO2)1I，其中0. 5彡χ彡3，0. 2彡y < 1。
2.根据权利要求1所述一种用于相变存储器的Sb2Tex-SiO2纳米复合相变材料，其特征在于所述化学式(Sb2Tex)y(SiO2)H中，2彡χ彡3。
3.根据权利要求1所述一种用于相变存储器的Sb2Tex-SiO2纳米复合相变材料，其特征在于所述SiO2中的元素不与相变材料Sb2Tex中的元素成键，且以独立的相存在。
4.根据权利要求1所述一种用于相变存储器的Sb2Tex-SiO2纳米复合相变材料，其特征在于所述相变材料Sb2Tex被SiO2隔离成纳米尺度的区域，使相变材料Sb2Tex颗粒生长受到束缚。
5.根据权利要求1所述一种用于相变存储器的Sb2Tex-SiO2纳米复合相变材料，其特征在于所述SiO2以非晶的形式存在。
6.根据权利要求1所述一种用于相变存储器的Sb2Tex-SiO2纳米复合相变材料，其特征在于所述相变材料Sb2Tex与SiO2呈均勻分布。
7.根据权利要求1所述一种用于相变存储器的Sb2Tex-SiO2纳米复合相变材料，其特征在于所述相变材料Sb2Tex成颗粒状，颗粒直径为纳米量级。
8.根据权利要求1所述一种用于相变存储器的Sb2Tex-SiO2纳米复合相变材料，其特征在于该Sb2Tex-SiO2纳米复合相变材料采用电脉冲作用实现电阻率的可逆转变。
9.根据权利要求1所述一种用于相变存储器的Sb2Tex-SiO2纳米复合相变材料，其特征在于该Sb2Tex-SiO2纳米复合相变材料采用激光脉冲作用实现光学反射率的可逆转变。
10.一种用于相变存储器的Sb2Tex-SiO2纳米复合相变材料的制备方法，其特征在于 采用Sb2Tex靶和SiO2靶共溅射的方法制备(Sb2Tex) y (SiO2) ^y纳米复合相变材料薄膜，其中 0. 5 彡 χ 彡 3,0. 2 彡 y < 1。
11.根据权利要求9所述一种用于相变存储器的Sb2Tex-SiO2纳米复合相变材料的制备方法，其特征在于溅射体为氩气，本底真空小于2X 10_4Pa，溅射气压为0. 21Pa 0. 22pa, Sb2Tex靶与SiO2靶均采用射频电源。
全文摘要
本发明公开了一种用于相变存储器的-纳米复合相变材料，该材料由相变材料与复合而成，其化学式为，其中,。本发明通过在相变材料中掺入，使得具有可逆相变能力的相变材料被非晶态隔离成纳米尺度的区域，形成复合结构；提升了相变材料的电阻率和结晶温度，降低了相变材料热导率。相变材料的晶态电阻的增加，可以降低相变存储器件的Reset电流，从而克服了相变材料Reset电流过大的障碍；结晶温度的升高可以提升-相变材料器件的稳定性，熔化温度的下降则有效降低了其功耗；而热导率的降低，则可以提高能量的利用率。
文档编号H01L45/00GK102487119SQ20101056999
公开日2012年6月6日 申请日期2010年12月2日 优先权日2010年12月2日
发明者吴良才, 宋志棠, 张挺, 朱敏, 饶峰 申请人:中国科学院上海微系统与信息技术研究所