一种基于解析法制备定原子比的掺杂Ge2Sb2Te5相变薄膜的方法技术

本发明专利技术公开一种基于解析法制备定原子比的掺杂Ge2Sb2Te5相变薄膜的方法，根据掺杂原子比计算得到两靶的沉积厚度比，进而确定两靶的溅射功率，制备形如Ax(Ge2Sb2Te5)100‑x的薄膜，其中A为掺杂元素，x为待制备掺杂薄膜中掺杂原子的百分比，测试后调整两靶的溅射功率得到所需掺杂原子比的薄膜；具体制备步骤为：计算两靶的沉积薄膜厚度比，两靶对应薄膜的沉积速率，选取衬底和预处理，确定两靶的溅射功率，溅射镀膜，检测薄膜的化学成分与目标薄膜比照，微调溅射功率制备符合掺杂原子比的Ge2Sb2Te5薄膜。采用本发明专利技术的高效制备定掺杂原子比的共溅射薄膜的方法，大大缩短了探索镀膜工艺参数的实验周期，本发明专利技术适用于任意两种靶材通过共溅射得到掺杂薄膜的制备。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于相变存储材料
，尤其涉及一种基于解析法制备定原子比的掺杂Ge2Sb2Te5相变薄膜的方法。
技术介绍
1968年，S.R.Ovshinsky首次发现了硫族化合物的光电性能在其晶态和非晶态之间存在显著差异的这种特性能够用于存储信息，因此相变材料才得到广泛的关注和研究。针对相变存储材料的光电特性的应用，把利用相变存储技术开发出来的产品分为可擦重写相变光盘和相变存储器。研究人员发现GeTe-Sb2Te3伪二元体系线上的多种材料(如Ge2Sb2Te5、Ge1Sb2Te4、Ge1Sb4Te7)都具有快速相变特性，其中Ge2Sb2Te5具有数据传输快、反复擦写次数高，且数据稳定性和保持性都较好等优势，该材料被认为是最合适的相变材料，已在可擦写重写光盘领域得到广泛应用。然而随着信息时代下互联网技术的高速发展，使得信息存储空间日益拥挤，因此对数据存储媒介提出了高密度大容量、存取速率快、可循环次数多、数据保存稳定等更高的要求。探索和发现具备更优性能的相变存储材料具有重要的实际意义，而掺杂改性是改善相变存储材料的有效途径之一。相变存储材料是以薄膜的形式应用的，在常用的薄膜制备方法中，溅射沉积技术是重要的制备技术之一，因为溅射镀膜具有膜层在衬底上的附着力强，膜层均匀性好，便于实现连续化、自动化操作等优点。为便于研究掺杂浓度对相变薄膜的化学组成、组织结构和光电性能的影响，常用掺杂物对应的靶材和Ge2Sb2Te5靶材通过双靶共溅射制备掺杂的相变薄膜，双靶共溅射制备薄膜可以通过调控掺杂物的溅射功率来改变薄膜的掺杂浓度，这种调控是凭借操作经验和反复实验来进行的，甚至可以说是盲目的，因为改变溅射功率后制备的薄膜的掺杂浓度是不可预知的，这个掺杂浓度很可能不是自己想要的。实践上，制备某一确定掺杂浓度的相变薄膜的做法是：首先根据溅射人员的镀膜经验设定双靶的溅射功率溅射得到薄膜，对该薄膜进行成分检测确定其掺杂浓度；然后与待制备掺杂浓度进行比照，再次调整双靶的溅射功率使得新溅射得到的薄膜的掺杂浓度更接近待制备掺杂浓度，如此反复实验测试直到溅射薄膜的掺杂浓度在误差允许范围内等于待制备掺杂浓度。现行的制备定原子比的掺杂薄膜不仅效率低下、实验周期长而且非常浪费原材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提高制备定原子比掺杂Ge2Sb2Te5薄膜的效率，缩短工艺参数的探索周期，提出一种基于解析法制备定原子比的掺杂Ge2Sb2Te5相变薄膜的方法。该方法是基于原子守恒导出的解析公式，根据待制备薄膜的掺杂原子比例和两靶单独溅射沉积薄膜的密度可以计算两种薄膜的沉积厚度比，进而确定双靶共溅射时两靶的溅射功率，本专利技术解决了实际操作中难以设定溅射功率的问题，同时大大缩减了制备确定掺杂原子比所需适宜工艺参数的探索周期。为解决上述问题，本专利技术采用如下技术方案：一种基于解析法制备定原子比的掺杂Ge2Sb2Te5相变薄膜的方法，适用于制备化学结构式为Ax(Ge2Sb2Te5)100-x的掺杂薄膜，掺杂Ge2Sb2Te5薄膜的：其中，A为掺杂元素，x为掺杂原子的原子比例；利用磁控溅射镀膜系统，采用双靶共溅射方法制备得到，具体步骤如下：(1)、计算两靶沉积薄膜的厚度比：基于文献记载或已知记录确定A和Ge2Sb2Te5非晶态密度、以及它们的相对分子质量等已知量，由如下公式计算得A和Ge2Sb2Te5薄膜的沉积厚度比： h A h Ge 2 Sb 2 Te 5 = x 100 - x · 9 · ρ Ge 2 Sb 2 Te 5 ρ A · M A M Ge 2 Sb 2 Te 5 - - - ( 4 ) ]]>其中MA、分别为金属A和Ge2Sb2Te5的相对分子质量；x为A的掺杂原子比例；ρA为金属A的密度，为非晶态Ge2Sb2Te5的密度；hA和分别为A靶材和Ge2Sb2Te5靶的沉积薄膜厚度；(2)、预测共溅射时两靶的薄膜沉积速率：若掺杂薄膜的厚度为h，则Ax(Ge2Sb2Te5)100-x掺杂薄膜分配到A和Ge2Sb2Te5薄膜上的厚度分别为： h A = h h Ge 2 Sb 2 Te 5 h A + 1 - - - ( 5 ) ]]> h Ge 2 Sb 2 Te 5 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于解析法制备定原子比的掺杂Ge2Sb2Te5相变薄膜的方法，其特征在于，适用于制备化学结构式为Ax(Ge2Sb2Te5)100‑x的掺杂薄膜，掺杂Ge2Sb2Te5薄膜的：其中，A为掺杂元素，x为掺杂原子的原子比例；利用磁控溅射镀膜系统，采用双靶共溅射方法制备得到，具体步骤如下：(1)、计算两靶沉积薄膜的厚度比：基于文献记载或已知记录确定A和Ge2Sb2Te5非晶态密度、以及它们的相对分子质量等已知量，由如下公式计算得A和Ge2Sb2Te5薄膜的沉积厚度比：hAhGe2Sb2Te5=x100-x·9·ρGe2Sb2Te5ρA·MAMGe2Sb2Te5---(4)]]>其中MA、分别为金属A和Ge2Sb2Te5的相对分子质量；x为A的掺杂原子比例；ρA为金属A的密度，为非晶态Ge2Sb2Te5的密度；hA和分别为A靶材和Ge2Sb2Te5靶的沉积薄膜厚度；(2)、预测共溅射时两靶的薄膜沉积速率：若掺杂薄膜的厚度为h，则Ax(Ge2Sb2Te5)100‑x掺杂薄膜分配到A和Ge2Sb2Te5薄膜上的厚度分别为：hA=hhGe2Sb2Te5hA+1---(5)]]>hGe2Sb2Te5=hhAhGe2Sb2Te5+1---(6)]]>选择一个适宜的溅射时间t，则两靶对应的沉积速率分别为：vA=h(hGe2Sb2Te5hA+1)·t---(7)]]>vGe2Sb2Te5=h(hAhGe2Sb2Te5+1)·t---(8)]]>(3)、选取衬底和预处理：选用石英片或氧化硅片作为薄膜衬底，在溅射薄膜前需要对其进行预处理，以提高膜层和基底的附着强度；(4)、调试两靶的溅射功率：先将金属A靶安装在磁控直流溅射靶座上，然后对溅射腔室抽真空直至室内真空度约为1×10‑4Pa；通过气体流量计和真空计控制高纯氩气到溅射腔室气压为0.5Pa；调整直流电源使得A薄膜的沉积速率等于上一步骤中计算出的vA值，待沉积速率稳定后对应的溅射功率即为共溅射时A靶的溅射功率，即为PA；然后取出A薄膜，将Ge2Sb2Te5靶安装在磁控射频溅射靶座上，溅射腔室气压和氩气气压保持不变，A靶的溅射功率设为零，调整Ge2Sb2Te5靶的溅射功率使其薄膜的沉积速率等于上面计算得到的此时对应的溅射功率为(5)、磁控共溅射镀膜：将金属A靶安装在磁控直流溅射靶座上，将Ge2Sb2Te5靶安装在磁控射频溅射靶座上，抽真空至溅射腔室真空度约为1×10‑4Pa，氩气气压为0.5Pa，然后控制金属A靶的溅射功率为PA，合金Ge2Sb2Te5靶的溅射功率为在室温下双靶共溅射镀膜，溅射t秒后，即可得到沉积态的A掺杂Ge2Sb2Te5薄膜；(6)、采用能谱仪EDS或X射线光电子能谱仪XPS检测薄膜的化学组分与计划掺杂浓度进行比照，若存在偏差，微调溅射功率再次共溅射镀膜。...

【技术特征摘要】
1.一种基于解析法制备定原子比的掺杂Ge2Sb2Te5相变薄膜的方法，其特征在于，适用于制备化学结构式为Ax(Ge2Sb2Te5)100-x的掺杂薄膜，掺杂Ge2Sb2Te5薄膜的：其中，A为掺杂元素，x为掺杂原子的原子比例；利用磁控溅射镀膜系统，采用双靶共溅射方法制备得到，具体步骤如下：(1)、计算两靶沉积薄膜的厚度比：基于文献记载或已知记录确定A和Ge2Sb2Te5非晶态密度、以及它们的相对分子质量等已知量，由如下公式计算得A和Ge2Sb2Te5薄膜的沉积厚度比： h A h Ge 2 Sb 2 Te 5 = x 100 - x · 9 · ρ Ge 2 Sb 2 Te 5 ρ A · M A M Ge 2 Sb 2 Te 5 - - - ( 4 ) ]]>其中MA、分别为金属A和Ge2Sb2Te5的相对分子质量；x为A的掺杂原子比例；ρA为金属A的密度，为非晶态Ge2Sb2Te5的密度；hA和分别为A靶材和Ge2Sb2Te5靶的沉积薄膜厚度；(2)、预测共溅射时两靶的薄膜沉积速率：若掺杂薄膜的厚度为h，则Ax(Ge2Sb2Te5)100-x掺杂薄膜分配到A和Ge2Sb2Te5薄膜上的厚度分别为： h A = h h Ge 2 Sb 2 Te 5 h A + 1 - - - ( 5 ) ]]> h Ge 2 Sb 2 Te 5 = h h A h Ge 2 Sb 2 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨继峰，刘富荣，朱赞，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11