一种多层纳米复合相变薄膜制造技术

本实用新型专利技术公开一种多层纳米复合相变薄膜，该薄膜由单层Sn2Se3薄膜和单层Sb薄膜交替排列，将一层Sn2Se3薄膜和一层Sb薄膜作为一个交替周期，后一个交替周期的Sn2Se3层沉积在前一个交替周期的Sb层的上方；该薄膜的膜结构通式为[Sn2Se3(a)/Sb(b)]x，其中a、b分别表示所述单层Sn2Se3薄膜、单层Sb薄膜的厚度，1nm≤a≤50nm，1nm≤b≤50nm，x表示单层Sn2Se3和单层Sb薄膜的交替周期数或者交替层数，且x为正整数。该相变薄膜利用Sb作为结晶诱导层，可以加快相变材料的相变速度，同时结合了Sn2Se3熔点低、热稳定性好的优点；再次，利用多层纳米复合结构中多层界面的夹持效应，可以减小晶粒尺寸，从而缩短结晶时间，抑制晶化，在提高热稳定性的同时加快相变速度。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于微电子材料
，具体涉及一种多层纳米复合相变薄膜。
技术介绍
相变存储器(PCRAM)是一种具有较大应用前景的非易失性信息存储器。PCRAM的主体部分是以硫系化合物为基础的相变材料，利用电脉冲的热效应使相变材料在非晶态(高电阻)和晶态(低电阻)之间发生可逆转变，从而实现数据的写入和擦除。现有技术中，在影响PCRAM各项性能的因素中，相变材料是具有决定性因素的一方面，目前相变薄膜材料的研究主要集中在Ge-Sb-Te体系,其中Ge2Sb2Te5组分得到的关注最多，然而其存在着一些缺陷，如较低的晶化温度(约160℃)使得非晶态的热稳定性不好，较高的熔点(约620℃)使得从晶态向非晶态转变所需的能量较高，不利于存储密度的进一步提高，无法满足未来高速、大数据时代的信息存储要求。因此，本领域技术人员亟需提供一种能较好的应用于相变存储器中的熔点低、热稳定性好、相变速度较快的多层纳米复合相变薄膜。
技术实现思路
针对上述现有技术中的不足，本技术提供了一种Sn2Se3/Sb多层纳米复合相变薄膜。该相变薄膜利用Sb作为结晶诱导层，利用其生长为主的晶化机制，可以加快相变材料的相变速度，同时结合了Sn2Se3作为一种相变存储材料，具有熔点低、热稳定性好的优点。再次，利用多层纳米复合结构中多层界面的夹持效应，可以减小晶粒尺寸，从而缩短结晶时间，抑制晶化，在提高热稳定性的同时加快相变速度。为实现上述目的提供一种多层纳米复合相变薄膜，本技术采用了以下技术方案：一种多层纳米复合相变薄膜，该薄膜由单层Sn2Se3薄膜和单层Sb薄膜
交替排列，将一层Sn2Se3薄膜和一层Sb薄膜作为一个交替周期，后一个交替周期的Sn2Se3层沉积在前一个交替周期的Sb层的上方。优选的，所述Sn2Se3/Sb多层纳米复合相变薄膜总厚度为45～58nm。进一步的，所述单层Sn2Se3薄膜的厚度为5nm，单层Sb薄膜的厚度为1～7nm。进一步的，所述Sn2Se3/Sb多层纳米复合相变薄膜总厚度为48nm。上述薄膜的膜结构通式为[Sn2Se3(a)/Sb(b)]x，其中a、b分别表示所述单层Sn2Se3薄膜、单层Sb薄膜的厚度，1nm≤a≤50nm，1nm≤b≤50nm，x表示单层Sn2Se3和单层Sb薄膜的交替周期数或者交替层数，且x为正整数。本技术的有益效果在于：1)、本技术Sn2Se3/Sb多层纳米复合相变薄膜利用多层纳米复合结构的特殊性，可以阻碍加热过程中的声子传递，从而减少加热过程中的热量散失，降低薄膜的整体热导率，提高加热效率、降低功耗；同时，利用多层纳米复合结构中多层界面的夹持效应，可以减小晶粒尺寸，从而缩短结晶时间，抑制晶化，在提高热稳定性的同时加快了相变速度，最终使相变存储器具有更快的操作速度以及更低的操作功耗。2)、本技术薄膜结合了Sn2Se3作为一种相变存储材料，具有熔点低、热稳定性好、Sb具有较快晶化速度的优点，在纳米层次进行多层复合，构造多层纳米复合相变存储材料。利用两种材料的优势互补，协同作用，达到优异的综合相变性能。3)、本技术随着[Sn2Se3(a)/Sb(b)]x多层纳米复合相变薄膜中Sb层相对厚度的增加，相变薄膜的晶化温度降低，更低的晶化温度意味着更小的激活势垒，可以减小相变过程中的功率消耗。4)、本技术中[Sn2Se3(5nm)/Sb(3nm)]6、[Sn2Se3(5nm)/Sb(4nm)]6、[Sn2Se3(5nm)/Sb(5nm)]5多层纳米复合相变薄膜反射率发生突变的时间分别为3.1ns、2.9ns和2.8ns，而单层Ge2Sb2Te5传统相变薄膜反射率发生突变的时间约为39ns。与传统单层Ge2Sb2Te5相变薄膜相比，本技术的[Sn2Se3(a)/Sb(b)]x多层纳米复合相变薄膜具有更快的相变速度，从而使相变
存储器具有更快的操作速度，有利于提高PCRAM信息读写的速度。附图说明图1为本技术不同厚度的[Sn2Se3(a)/Sb(b)]x多层纳米复合相变薄膜和单层Sn2Se3相变薄膜的原位电阻与温度关系曲线对照图。图2a、2b分别为本技术的[Sn2Se3(5nm)/Sb(3nm)]6多层纳米复合相变薄膜在沉积态、在300℃等温温度下退火30分钟后的截面TEM图。图3为本技术[Sn2Se3(a)/Sb(b)]x多层纳米复合相变薄膜及传统Ge2Sb2Te5薄膜在纳秒激光脉冲照射下反射率强度随时间的变化关系对比图。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术中的技术方案进行清楚、完整地描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本技术的技术方案，而不能以此来限制本技术的保护范围。本技术薄膜的膜结构通式为[Sn2Se3(a)/Sb(b)]x，本式仅作为结构通式，并非化学分子式；其中a、b分别表示所述单层Sn2Se3薄膜、单层Sb薄膜的厚度，1nm≤a≤50nm，1nm≤b≤50nm，x表示单层Sn2Se3和单层Sb薄膜的交替周期数或者交替层数，且x为正整数。实施例1～6实施例1～6分别按Sn2Se3/Sb多层纳米复合相变薄膜的结构通式[Sn2Se3(a)/Sb(b)]x对应制备[Sn2Se3(5nm)/Sb(1nm)]8、[Sn2Se3(5nm)/Sb(3nm)]6、[Sn2Se3(5nm)/Sb(4nm)]6、[Sn2Se3(5nm)/Sb(5nm)]5、[Sn2Se3(5nm)/Sb(6nm)]5、[Sn2Se3(5nm)/Sb(7nm)]4六种材料。上述六种材料均按如下制备步骤制得：S1、清洗SiO2/Si(100)基片，清洗表面、背面，去除灰尘颗粒、有机和无机杂质，具体清洗步骤为：S10、在丙酮溶液中强超声清洗3～5分钟，去离子水冲洗；S11、在乙醇溶液中强超声清洗3～5分钟，去离子水冲洗，采用高纯N2吹干表面和背面；S12、在120℃烘箱内烘干水汽，约20分钟。S2、采用磁控溅射方法制备多层复合薄膜[Sn2Se3(a)/Sb(b)]x前的准备：S20、装好Sn2Se3和Sb溅射靶材，靶材的纯度均达到99.999％(原子百分比)，并将本底真空抽至1×10-4Pa；S21、设定溅射功率为30W；S22、使用高纯Ar作为溅射气体(体积百分比达到99.999％)，设定Ar气流量为30SCCM，并将溅射气压调节至0.3Pa；S3、采用磁控交替溅射方法制备多层复合薄膜[Sn2Se3(a)/Sb(b)]x：S30、将空基托旋转到Sn2Se3靶位，打开Sn2Se3靶上的直流电源，依照设定的溅射时间，开始对Sn2Se3靶材表面进行溅射，清洁Sn2Se3靶位表面；S31、Sn2Se3靶位表面清洁完成后，关闭Sn2Se3靶位上所施加的直流电源，将将空基托旋转到Sb靶位，开启Sb靶上的射频电源，依照设定的溅射时间，开始对Sb靶材表面进行溅射，清洁Sb靶位表面；S32、Sb靶位表面清洁完成后，将待溅射的基片旋转到Sn2Se3靶位，打开Sn2Se3靶位上的直流电源，依照设定的溅射时间，开始溅射Sn2Se3薄膜；S33、Sn2Se3薄膜溅射完成后，关闭Sn2Se3靶上所施加的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多层纳米复合相变薄膜，其特征在于：该薄膜由单层Sn2Se3薄膜和单层Sb薄膜交替排列，将一层Sn2Se3薄膜和一层Sb薄膜作为一个交替周期，后一个交替周期的Sn2Se3层沉积在前一个交替周期的Sb层的上方。

【技术特征摘要】
1.一种多层纳米复合相变薄膜，其特征在于：该薄膜由单层Sn2Se3薄膜和单层Sb薄膜交替排列，将一层Sn2Se3薄膜和一层Sb薄膜作为一个交替周期，后一个交替周期的Sn2Se3层沉积在前一个交替周期的Sb层的上方。2.根据权利要求1所述的一种多层纳米复合相变薄膜，其特征在于：所述Sn2Se3/Sb多...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴冬燕，章雯，蒋爱如，吴阳江，
申请(专利权)人：苏州工业职业技术学院，
类型：新型
国别省市：江苏;32