Si/GeTe纳米复合多层相变薄膜、相变存储器及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种Si/GeTe纳米复合多层相变薄膜、相变存储器及其制备方法，所述Si/GeTe纳米复合多层相变薄膜包括Si薄膜及GeTe薄膜，所述Si薄膜与所述GeTe薄膜交替排列形成多层薄膜结构。通过磁控交替溅射方法将相变材料GeTe和非相变材料Si在纳米量级进行复合形成多层相变薄膜结构，由于热稳定性的Si材料存在，Si/GeTe纳米复合多层薄膜能有效的提高相变薄膜材料的结晶温度，拓宽了相变材料的温度适用范围。随着周期单元中Si层厚度的增加，纳米复合多层薄膜的结晶温度也随之增加，因此，可以通过对Si层和GeTe层厚度比的调控，调节Si/GeTe纳米复合多层薄膜的结晶温度，从而达到改善相变薄膜热稳定性的目的。

【技术实现步骤摘要】
Si/GeTe纳米复合多层相变薄膜、相变存储器及其制备方法
本专利技术属于半导体材料领域，具体涉及Si/GeTe纳米复合多层相变薄膜、相变存储器及其制备方法。
技术介绍
相变存储器(PhaseChangeRandomAccessMemory,PCRAM)是近年来兴起的一种非挥发性半导体存储器，其基本原理是利用电脉冲信号作用于器件存储单元上，使相变材料在非晶态与晶态之间发生可逆相变，材料在非晶态时对应着高阻值，在晶态时对应着低阻值，高低电阻值分别对应着逻辑数据的“0”和“1”。与传统的存储器相比，它具有存储单元尺寸小、高读写速度、高擦写次数、非易失性、低功耗、循环寿命长、优异的抗强震动和抗辐射性等优点。相变存储器的传统存储介质是Ge2Sb2Te5相变材料。GeTe作为一种二元相变材料，近年来引起了广泛重视，具有比Ge2Sb2Te5较快的相变速度和较大的非晶态/晶态电阻之比，然而，GeTe同样存在着热稳定性较差和功耗较高问题。从目前有关GeTe的研究现状来看，主要还是停留在材料的掺杂改性和复合组分筛选等方面。中国专利CN101714610B公开了一种Si/GeTe纳米复合多层相变薄膜及其制备方法，由Si薄膜和Sb80Te20薄膜交替排列以及在纳米量级复合而成，Si薄膜将各层Sb80Te20薄膜均匀分隔，形成多层薄膜结构。单层Sb80Te20薄膜的厚度保持5nm不变，单层Si薄膜的厚度为1～20nm。所述Si/Sb80Te20纳米复合多层相变薄膜的结晶温度随着周期中Si薄膜厚度的增加而升高，当增加到5nm后继续增加其厚度时，相变材料的结晶温度保持在170℃不变。本专利技术专利的特点在于Si/GeTe纳米复合多层相变薄膜具有更高结晶温度，并且结晶温度调节范围较宽，从而可以保证相变存储器具有更高的数据保持力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种具有更高结晶温度的Si/GeTe纳米复合多层相变存储材料，从而有助于提升存储器件的疲劳特性。为了实现上述目的及其他相关目标，本专利技术提供一种Si/GeTe纳米复合多层相变薄膜，所述Si/GeTe纳米复合多层相变薄膜包括Si薄膜及GeTe薄膜，所述Si薄膜与所述GeTe薄膜交替排列形成多层薄膜结构。作为本专利技术的Si/GeTe纳米复合多层相变薄膜的一种优选方案，所述Si/GeTe纳米复合多层相变薄膜符合下式：[Si(a)/GeTe(b)]x式中，a，b分别表示单层Si薄膜的厚度及单层GeTe薄膜的厚度，2nm≤a≤8nm，b＝10nm；x表示所述Si/GeTe纳米复合多层相变薄膜材料中所述单层Si薄膜及所述单层GeTe薄膜的周期数，x为正整数。作为本专利技术的Si/GeTe纳米复合多层相变薄膜的一种优选方案，所述Si/GeTe纳米复合多层相变薄膜的总厚度为40nm～60nm。作为本专利技术的Si/GeTe纳米复合多层相变薄膜的一种优选方案，所述Si/GeTe纳米复合多层相变薄膜的结晶温度随着周期中单层Si薄膜厚度的增加而升高，当单层Si薄膜厚度增加到8nm时，所述Si/GeTe纳米复合多层相变薄膜的结晶温度达到260℃。本专利技术还提供一种如上述任一种方案中所述的Si/GeTe纳米复合多层相变薄膜的制备方法，采用室温磁控交替溅射方法制备所述Si/GeTe纳米复合多层相变薄膜，溅射靶材为Si单晶靶及GeTe合金靶，溅射气体为Ar。作为本专利技术的Si/GeTe纳米复合多层相变薄膜的制备方法的一种优选方案，所述Si/GeTe纳米复合多层相变薄膜的制备方法包括以下步骤：1)提供SiO2/Si基片作为衬底，并将所述SiO2/Si基片表面进行清洗；2)安装所述Si单晶靶及GeTe合金靶，设定射频功率、溅射气体流量、溅射气压及溅射时间；3)将所述SiO2/Si基片旋转至所述GeTe合金靶的靶位，打开所述GeTe合金靶上的射频电源，依照设定的溅射时间溅射GeTe薄膜；4)GeTe薄膜溅射完成后，关闭所述GeTe合金靶上的射频电源，将所述SiO2/Si基片旋转至所述Si单晶靶的靶位，打开所述Si单晶靶上的射频电源，依照设定的溅射时间溅射Si薄膜；5)重复步骤3)至步骤4)，直至在所述SiO2/Si基片表面制备包括所需单层Si薄膜及单层GeTe薄膜周期数的Si/GeTe纳米复合多层相变薄膜。作为本专利技术的Si/GeTe纳米复合多层相变薄膜的制备方法的一种优选方案，所述Si单晶靶纯度的质量百分比大于99.9999％，所述GeTe合金靶纯度的质量百分比大于99.999％。作为本专利技术的Si/GeTe纳米复合多层相变薄膜的制备方法的一种优选方案，所述溅射功率为15w～25W。作为本专利技术的Si/GeTe纳米复合多层相变薄膜的制备方法的一种优选方案，所述溅射气体Ar的纯度的体积百分比大于99.999％，气流流量为25sccm～35sccm，溅射气压为0.15Pa～0.25Pa。作为本专利技术的Si/GeTe纳米复合多层相变薄膜的制备方法的一种优选方案，通过调节所述溅射时间来调控单层Si薄膜及单层GeTe薄膜的厚度。作为本专利技术的Si/GeTe纳米复合多层相变薄膜的制备方法的一种优选方案，步骤3)中，溅射所述GeTe薄膜的溅射时间为10s～30s，步骤4)中，溅射所述Si薄膜的溅射时间为40s～200s。本专利技术还提供一种存储器，所述相变存储器包括如上述任一方案中所述的Si/GeTe纳米复合多层相变薄膜。本专利技术的Si/GeTe纳米复合多层相变薄膜、相变存储器及其制备方法具有如下有益效果：通过磁控交替溅射方法将相变材料GeTe和非相变材料Si在纳米量级进行复合形成多层相变薄膜结构，由于热稳定性的Si材料存在，Si/GeTe纳米复合多层薄膜能有效的提高相变薄膜材料的结晶温度，拓宽了相变材料的温度适用范围。随着周期单元中Si层厚度的增加，纳米复合多层薄膜的结晶温度也随之增加，因此，可以通过对Si层和GeTe层厚度比的调控，调节Si/GeTe纳米复合多层薄膜的结晶温度，从而达到改善相变薄膜热稳定性的目的。附图说明图1显示为本专利技术的[Si(2nm)/GeTe(10nm)]4、[Si(4nm)/GeTe(10nm)]4和[Si(8nm)/GeTe(10nm)]3纳米复合多层相变薄膜的原位方块电阻与温度的关系曲线。图2至图4显示为本专利技术的不同升温速率下[Si(2nm)/GeTe(10nm)]4、[Si(4nm)/GeTe(10nm)]4和[Si(8nm)/GeTe(10nm)]3纳米复合多层相变薄膜的原位方块电阻与温度的关系曲线；其中，图2为[Si(2nm)/GeTe(10nm)]4纳米复合多层相变薄膜的原位方块电阻与温度的关系曲线，图3为[Si(4nm)/GeTe(10nm)]4纳米复合多层相变薄膜的原位方块电阻与温度的关系曲线，图4为[Si(8nm)/GeTe(10nm)]3纳米复合多层相变薄膜的原位方块电阻与温度的关系曲线。具体实施方式现将本专利技术的具体实施例叙述于后。下述实施例仅用以对本专利技术的具体说明，而不对本专利技术的范围做任何限制，任何熟悉此项技术的人员可以轻易实现修改和变化均包括在本专利技术及所附权利要求范围之内。实施例1步骤1清洗SiO2/Si(100)基片；步骤2采用室温磁控溅射的方法制备S本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种Si/GeTe纳米复合多层相变薄膜，其特征在于，所述Si/GeTe纳米复合多层相变薄膜包括Si薄膜及GeTe薄膜，所述Si薄膜与所述GeTe薄膜交替排列形成多层薄膜结构。

【技术特征摘要】
1.一种Si/GeTe纳米复合多层相变薄膜，其特征在于，所述Si/GeTe纳米复合多层相变薄膜包括Si薄膜及GeTe薄膜，所述Si薄膜与所述GeTe薄膜交替排列形成多层薄膜结构。2.根据权利要求1所述的Si/GeTe纳米复合多层相变薄膜，其特征在于：所述Si/GeTe纳米复合多层相变薄膜符合下式：[Si(a)/GeTe(b)]x式中，a，b分别表示单层Si薄膜的厚度及单层GeTe薄膜的厚度，2nm≤a≤8nm，b＝10nm；x表示所述Si/GeTe纳米复合多层相变薄膜材料中所述单层Si薄膜及所述单层GeTe薄膜的周期数，x为正整数。3.根据权利要求所述的Si/GeTe纳米复合多层相变薄膜，其特征在于：所述Si/GeTe纳米复合多层相变薄膜的总厚度为40nm～60nm。4.根据权利要求所述的Si/GeTe纳米复合多层相变薄膜，其特征在于：所述Si/GeTe纳米复合多层相变薄膜的结晶温度随着周期中单层Si薄膜厚度的增加而升高，当单层Si薄膜厚度增加到8nm时，所述Si/GeTe纳米复合多层相变薄膜的结晶温度达到260℃。5.一种如权利要求1至4中任一项所述的Si/GeTe纳米复合多层相变薄膜的制备方法，其特征在于，采用室温磁控交替溅射方法制备所述Si/GeTe纳米复合多层相变薄膜，溅射靶材为Si单晶靶及GeTe合金靶，溅射气体为Ar。6.根据权利要求5所述的Si/GeTe纳米复合多层相变薄膜的制备方法，其特征在于：所述Si/GeTe纳米复合多层相变薄膜的制备方法包括以下步骤：1)提供SiO2/Si基片作为衬底，并将所述SiO2/Si基片表面进行清洗；2)安装所述Si单晶靶及GeTe合金靶，设定射频功率、溅射气体流量、溅射气压及溅...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪昌州，刘东方，张伟，杨康，
申请(专利权)人：中国科学院上海高等研究院，
类型：发明
国别省市：上海,31