用于相变存储器的相变材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种用于相变存储器的相变材料及其制备方法，用于相变存储器的相变材料的化学通式为Sc100-x-y-zGexSbyTez，其中，0≤x≤60，0≤y≤90，0＜z≤65，0＜100-x-y-z＜100。本发明专利技术的可用于相变存储的相变材料，具有反复相变的能力；Sc100-x-y-zGexSbyTez具有高阻和低阻两种不同阻值的状态，且高阻值态与低阻值态之间可以通过施加脉冲电信号实现可逆转换，满足相变存储器存储材料的基本要求，是一种新型的存储材料；材料的热稳定性、相变速度以及疲劳循环特性得到了提高；可采用脉冲电压或脉冲激光驱动相变材料在不同的结构状态之间发生可逆转变，同时使相变材料的性能发生可逆变化，从而实现相变存储器的信息存储。

Phase change material for phase change memory and preparation method thereof

The present invention provides a phase change material for phase change memory and a preparation method for the chemical formula of phase change material in the memory of Sc100-x-y-zGexSbyTez, among them, 0 = x = 60, 0 = y = 90, Z < 0 < 65 < 100-x-y-z < 100, 0. The invention can be used for phase change material storage capacity, with repeated transformation; Sc100-x-y-zGexSbyTez has high resistance and low resistance of two kinds of different resistance, and high resistance state and the low resistance state can be achieved by applying electric pulse reversible conversion signal, meet the basic requirements of storage materials for phase change memory, is a new type of storage materials; materials, thermal stability, phase velocity and cyclic fatigue characteristics has been improved; the pulse voltage or pulse phase change material reversible transition between the structural state of different driving laser, while the performance of the phase change material irreversible changes occur, so as to realize the information of phase change memory storage.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于微电子领域，涉及一种用于相变存储器的相变材料Sc100-x-y-zGexSbyTez及其制备方法。
技术介绍
信息的存储技术的发展是人类文明进步的体现。从晶体管的专利技术到集成电路的问世，人类迎来了辉煌的信息时代。信息技术的高速发展推动着存储技术朝着非易失性、高速、低的操作功耗以及好的循环特性方向快速发展。作为目前主流的非易失性存储技术，闪存得到了广泛应用。但是，随着集成电路的飞速发展，闪存有限的循环次数、慢的操作速度、高的操作电压等缺点限制了其进一步的应用。因此，寻求代替闪存的新一代非易失性存储器成为信息技术进步的必经之路。相变存储器由于具有高速读取、高循环次数，非易失性，元件尺寸小，功耗低、抗强震动和抗辐照等优点，被国际半导体工业协会认为最有可能取代目前闪存存储器而成为未来存储器主流产品和最先成为商用产品的器件。相变存储器的基本原理是利用器件中存储材料在高电阻(非晶态)和低电阻(晶态)之间的可逆转变来实现“1”和“0”的存储。通过利用电信号控制实现存储材料高电阻的连续变化可以实现多级存储，从而大幅提高存储器的信息存储能力。常用的相变存储材料体系主要是碲基材料，如Ge-Sb-Te、Si-Sb-Te、Ag-In-Sb-Te等。特别是GST(Ge-Sb-Te)已经广泛应用于相变光盘和相变存储器。但也存在如下问题：1，结晶温度较低，芯片陈列中相邻单元串扰问题严重，面临着数据丢失的危险，制约了其应用领域；2，热稳定性不好，数据保持力得不到保证；3，相变速度有待进一步提高，有研究表明基于GST的相变存储器实现稳定RESET操作的电脉冲至少为500纳秒，无法满足动态随机存储器的速度要求。这需要探索具有更快相变速度的存储材料。因而，如何提供一种具有更好的热稳定性，更快的相转变速度和更小的操作电流，且有益于提高基于该材料的相变存储器的循环操作寿命的相变材料，是当前
需要解决的问题。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种用于相变存储器的相变材料及其制备方法，用于解决现有技术中相变材料存在的结晶温度低、热稳定性不高、数据保持力不好及相变速度慢的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种用于相变存储器的相变材料，所述用于相变存储器的相变材料的化学通式为Sc100-x-y-zGexSbyTez，其中，0≤x≤60，0≤y≤90，0＜z≤65，0＜100-x-y-z＜100。作为本专利技术的用于相变存储器的相变材料的一种优选方案，在所述Sc100-x-y-zGexSbyTez中，x＝0，0＜y≤80。作为本专利技术的用于相变存储器的相变材料的一种优选方案，在所述Sc100-x-y-zGexSbyTez中，0＜x≤50，y＝0。作为本专利技术的用于相变存储器的相变材料的一种优选方案，在所述Sc100-x-y-zGexSbyTez中，0＜x≤50，0＜y≤80。作为本专利技术的用于相变存储器的相变材料的一种优选方案，在所述Sc100-x-y-zGexSbyTez中，x＝y＝0。作为本专利技术的用于相变存储器的相变材料的一种优选方案，所述用于相变存储器的相变材料包括高阻值态和低阻值态；所述高阻值态对应所述用于相变存储器的相变材料的非晶态，所述低阻值态对应所述用于相变存储器的相变材料的全部或部分结晶态。作为本专利技术的用于相变存储器的相变材料的一种优选方案，所述用于相变存储器的相变材料在电驱动、激光脉冲驱动或电子束驱动下可实现电阻率的可逆转变。本专利技术还提供一种如上述任意一项所述的用于相变存储器的相变材料的制备方法，所述用于相变存储器的相变材料的制备方法包括：根据化学通式Sc100-x-y-zGexSbyTez中Sc、Ge、Sb及Te的不同配比，采用磁控溅射法、化学气相淀积法、原子层沉积法、脉冲激光沉积法、电子束蒸发法或电镀法制备所述用于相变存储器的相变材料。作为本专利技术的用于相变存储器的相变材料的制备方法的一种优选方案，所述用于相变存储器的相变材料的制备方法包括：在氩气气氛下，利用Sc单质靶与Sb2Te3合金靶共溅射、Sc单质靶与Sb2Te合金靶共溅射或Sc单质靶与Sb单质靶及Te单质靶共溅射得到所需的用于相变存储器的相变材料，其中，Sc单质靶采用直流电源，Sb2Te3合金靶、Sb2Te合金靶、Sb单质靶及Te单质靶均采用射频电源。作为本专利技术的用于相变存储器的相变材料的制备方法的一种优选方案，所述用于相变存储器的相变材料的制备方法包括：在氩气气氛下，利用Sb2Te3合金靶及Sc2Te3合金靶共溅射得到所需的用于相变存储器的相变材料，其中，Sb2Te3合金靶采用射频电源，Sc2Te3合金靶采用射频电源。作为本专利技术的用于相变存储器的相变材料的制备方法的一种优选方案，所述用于相变存储器的相变材料的制备方法包括：在氩气气氛下，利用Sc2Te3合金靶与Ge2Sb2Te5合金靶共溅射或Sc单质靶与Ge单质靶、Sb单质靶及Te单质靶共溅射得到所需的用于相变存储器的相变材料，其中，Sc单质靶采用直流电源，Sc2Te3合金靶、Ge2Sb2Te5合金靶、Ge单质靶、Sb单质靶及Te单质靶均采用射频电源。作为本专利技术的用于相变存储器的相变材料的制备方法的一种优选方案，所述用于相变存储器的相变材料的制备方法包括：在氩气气氛下，利用Sc单质靶、Ge单质靶及Te单质靶共溅射得到所需的用于相变存储器的相变材料，其中，Sc单质靶采用直流电源，Ge单质靶采用射频电源，Te单质靶采用射频电源。作为本专利技术的用于相变存储器的相变材料的制备方法的一种优选方案，所述用于相变存储器的相变材料的制备方法包括：在氩气气氛下，利用Sc单质靶及Te单质靶共溅射得到所需的用于相变存储器的相变材料，其中，Sc单质靶采用直流电源，Te单质靶采用射频电源。如上所述，本专利技术的用于相变存储器的相变材料Sc100-x-y-zGexSbyTez及其制备方法，具有以下有益效果：本专利技术提出的可用于相变存储的相变材料，具有反复相变的能力；Sc100-x-y-zGexSbyTez具有高阻和低阻两种不同阻值的状态，且高阻值态与低阻值态之间可以通过施加脉冲电信号实现可逆转换，满足相变存储器存储材料的基本要求，是一种新型的存储材料；材料的热稳定性、相变速度以及疲劳循环特性得到了提高；可采用脉冲电压或脉冲激光驱动相变材料在不同的结构状态之间发生可逆转变，同时使相变材料的性能发生可逆变化，从而实现相变存储器的信息存储。附图说明图1显示为本专利技术所提供的用于相变存储器的Sc100-x-y-zGexSbyTez相变薄膜材料电阻对数随温度变化趋势。图2显示为本专利技术所提供的用于相变存储器的Sc100-x-y-zGexSbyTez相变薄膜材料的数据保持力拟合关系曲线。图3显示为本专利技术所提供的用于相变存储器的Sc100-x-y-zGexSbyTez相变材料用于相变存储单元中，所形成的器件单元电阻与所施加的电压脉冲的关系，脉冲宽度为10ns。具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于相变存储器的相变材料，其特征在于，所述用于相变存储器的相变材料的化学通式为Sc100‑x‑y‑zGexSbyTez，其中，0≤x≤60，0≤y≤90，0＜z≤65，0＜100‑x‑y‑z＜100。

【技术特征摘要】
1.一种用于相变存储器的相变材料，其特征在于，所述用于相变存储器的相变材料的化学通式为Sc100-x-y-zGexSbyTez，其中，0≤x≤60，0≤y≤90，0＜z≤65，0＜100-x-y-z＜100。2.根据权利要求1所述的用于相变存储器的相变材料，其特征在于：在所述Sc100-x-y-zGexSbyTez中，x＝0，0＜y≤80。3.根据权利要求,1所述的用于相变存储器的相变材料，其特征在于：在所述Sc100-x-y-zGexSbyTez中，0＜x≤50，y＝0。4.根据权利要求1所述的用于相变存储器的相变材料，其特征在于：在所述Sc100-x-y-zGexSbyTez中，0＜x≤50，0＜y≤80。5.根据权利要求1所述的用于相变存储器的相变材料，其特征在于：在所述Sc100-x-y-zGexSbyTez中，x＝y＝0。6.根据权利要求1所述的用于相变存储器的相变材料，其特征在于：所述用于相变存储器的相变材料包括高阻值态和低阻值态；所述高阻值态对应所述用于相变存储器的相变材料的非晶态，所述低阻值态对应所述用于相变存储器的相变材料的全部或部分结晶态。7.根据权利要求1所述的用于相变存储器的相变材料，其特征在于：所述用于相变存储器的相变材料在电驱动、激光脉冲驱动或电子束驱动下可实现电阻率的可逆转变。8.一种如权利要求1～7任意一项所述的用于相变存储器的相变材料的制备方法，其特征在于，所述用于相变存储器的相变材料的制备方法包括：根据化学通式Sc100-x-y-zGexSbyTez中Sc、Ge、Sb及Te的不同配比，采用磁控溅射法、化学气相淀积法、原子层沉积法、脉冲激光沉积法、电子束蒸发法或电镀法制备所述用于相变存储器的相变材料。9.根据权利要求8所述用于相变存储器的相变材料的制备方法，其特征在于，所述用...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁科元，饶峰，王勇，宋志棠，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31