Zn制造技术

本发明专利技术公开一种Zn

Zn

【技术实现步骤摘要】
Zn15Sb85/Zn50Sb50纳米复合多层相变存储薄膜及其制备方法
本专利技术涉及微电子材料
，具体涉及一种热稳定性可调控的Zn50Sb50/Zn15Sb85纳米复合多层相变存储薄膜及其制备方法。
技术介绍
在存储器集成电路市场中，闪存（Flash）占据了非易失性存储器的绝大部分份额。然而，随着存储器微型化和高密度的发展，半导体工艺14nm技术节点使得Flash的发展受到限制。相变存储器（PCRAM）作为一种新型半导体存储器，具有非易失性、微缩性能优异、存储容量大、读写速度快、编程功耗低及与CMOS工艺相兼容的特点，逐渐成为下一代非易失性存储器（NVM）的有力竞争者（WeihuaWu:Nanoscale,2018,10,7228）。传统单层Ge2Sb2Te5相变材料已经被成功商业化应用，但是低的晶化温度使得其非晶态热稳定性偏低，成核占优型的结晶机制使得其相变速度不够快，大的晶粒尺寸使得其工作可靠性不够高，更为重要的一点是，Ge2Sb2Te5材料中含有Te元素，其较低的熔化温度和较高的蒸气压使得Te容易挥发和相分离，这将势必对材料组分和化学稳定性产生严重的影响。上述这些问题都阻碍着Ge2Sb2Te5相变材料性能的再提升和被进一步地扩大化应用。近年来，纳米复合多层相变存储薄膜受到研究人员的广泛关注。多层复合薄膜是指将两种不同相变材料在纳米尺度进行交替复合，利用两种材料性能上的协同作用而取长补短，从而克服单一材料性能的不足，获得综合性能优异的复合材料。如新加坡数据存储研究所T.C.Chong等人提出的Sb2Te3/GeTe多层相变材料就具有更低的热导率和更快的擦写速度（Chong,T.C：AppliedPhysicsLetters，2006，88(12)，p.122114）。应用不同相变材料形成纳米复合多层结构，可利用层间的界面效应降低材料热导率和诱导材料加速结晶。中国专利CN105514269B公开了一种纳米复合堆叠相变薄膜及其制备方法和应用，将Ge2Sb2Te5和ZnSb两种相变材料采用堆叠结构构成双层相变薄膜，但由于Te元素易挥发且具有毒性，从而影响器件循环次数和污染半导体工艺。中国专利CN106206943B公开了一种氮掺杂改性的相变薄膜材料及其制备方法，在Zn15Sb85相变材料中掺入N原子可以提高薄膜材料的热稳定性，然而过多的N原子掺入将导致Zn15Sb85失去相变性能，从而无法用于相变存储器。富Zn的Zn50Sb50相变材料具有高的结晶温度和热稳定性，但是其相变速度不够快；富Sb的Zn15Sb85相变材料具有快的相变速度，但是其热稳定性不够高。为此，可出于优势互补的考虑，有动机地选取具有相同元素不同组分的Zn15Sb85和Zn50Sb50两种相变材料来进一步研究出一种相变性能更为优越的新型纳米复合多层相变存储薄膜，更好地适应相变存储领域快速发展的需要，满足高温工况的航空电子、汽车电子等领域的需求，最大程度拓宽该类材料的市场应用价值。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服单层富Zn的Zn50Sb50相变材料相变速度不够快和富Sb的Zn15Sb85相变材料热稳定不够高的缺陷，通过磁控溅射的方法将两种相变材料在纳米尺度进行多层复合构成多层结构，采取优势互补的方式使得复合材料具有热稳定性更高、相变速度更快等优点。为了实现上述技术目的，本专利技术是通过以下技术方案来实现的：本专利技术提供一种Zn15Sb85/Zn50Sb50纳米复合多层相变薄膜，总厚度为40-60nm，结构通式为[Zn15Sb85(a)/Zn50Sb50(b)]n，其中a和b分别表示单个周期中Zn15Sb85薄膜和Zn50Sb50薄膜的厚度，且1<a<25nm，1<b<25nm，n为纳米复合多层结构相变薄膜的总周期数，且1<n<25。所述Zn15Sb85/Zn50Sb50纳米复合多层相变薄膜的制备方法具体包括如下步骤：1）清洗薄膜衬底基片；2）安装好溅射靶材Zn15Sb85和Zn50Sb50，先后开启机械泵和分子泵抽真空；3）设定溅射气体流量、腔内溅射气压、靶材的溅射功率；4）采用室温磁控溅射方法制备[Zn15Sb85(a)/Zn50Sb50(b)]n纳米复合多层相变薄膜：（a）将基片旋转到Zn15Sb85靶位，开启Zn15Sb85的溅射电源，按一定的溅射速度开始溅射Zn15Sb85薄膜，Zn15Sb85薄膜溅射完成后，关闭Zn15Sb85的交流溅射电源；（b）将基片旋转到Zn50Sb50靶位，开启Zn50Sb50的溅射电源，按一定的溅射速度开始溅射Zn50Sb50薄膜，Zn50Sb50薄膜溅射完成后，关闭Zn50Sb50的交流溅射电源；（c）重复上述（a）、（b）两步，直到完成多层[Zn15Sb85(a)/Zn50Sb50(b)]n纳米相变存储薄膜设定的周期数。进一步地，步骤1）中具体的清洗薄膜衬底基片的过程为：（a）将基片置于乙醇溶液中，用超声清洗10分钟，去基片表面灰尘颗粒以及无机杂质；（b）将基片置于丙酮溶液中，用超声清洗10分钟，去基片表面有机杂质；（c）将基片置于去离子水中，用超声清洗10分钟，再次清洗表面；（d）取出基片，用高纯N2吹干表面和背面，放置在干燥箱内待用。进一步地，步骤1）中所用薄膜衬底基片为SiO2/Si(100)、石英或硅基片。进一步地，步骤2）中抽真空后真空度低于2×10-4Pa。进一步地，步骤3）中设置的交流电源溅射功率为15~50W，溅射气体流量为25~50SCCM，溅射气压为0.2~0.4Pa。利用上述方法制备Zn15Sb85/Zn50Sb50纳米复合多层相变薄膜时，其相变性能可以通过调整包括Zn15Sb85与Zn50Sb50的厚度比、周期数、总厚度在内的结构参数进行调控，且制备出的相变存储薄膜可应用于高热稳定性、快相变速度的相变存储器中。本专利技术的有益效果为：1、本专利技术制备的纳米复合多层[Zn15Sb85(a)/Zn50Sb50(b)]n相变存储薄膜的相变温度高于Ge2Sb2Te5相变材料，展现了优秀的热稳定性，适用于高温工况下的信息存储；2、纳米复合多层[Zn15Sb85(a)/Zn50Sb50(b)]n相变存储薄膜的热稳定性可通过调节多层薄膜的厚度比和周期数来调控，调控方式简单，结果可控性强；3、纳米复合多层[Zn15Sb85(a)/Zn50Sb50(b)]n相变存储薄膜中Zn15Sb85层富含Sb元素，同时，由于多层界面的存在共同促使纳米复合多层[Zn15Sb85(a)/Zn50Sb50(b)]n相变存储薄膜具有纳秒级的相变速度；4、纳米复合多层[Zn15Sb85(a)/Zn50Sb50(b)]n相变存储薄膜中界面的存在使得其热导率减小，大大提高相变薄膜的电加热效率，有益于降低相变存储器的操作功耗；5、纳米复合多层[Zn15Sb85(a)/Zn50Sb50(b)]n相变存储薄膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Zn

【技术特征摘要】
1.一种Zn15Sb85/Zn50Sb50纳米复合多层相变薄膜，其特征在于，薄膜总厚度为40-60nm，结构通式为[Zn15Sb85(a)/Zn50Sb50(b)]n，其中a和b分别表示单个周期中Zn15Sb85薄膜和Zn50Sb50薄膜的厚度，且1<a<25nm，1<b<25nm，n为纳米复合多层结构相变薄膜的总周期数，且1<n<25。


2.如权利要求1所述的Zn15Sb85/Zn50Sb50纳米复合多层相变薄膜的制备方法，其特征在于，具体包括如下步骤：
1）清洗薄膜衬底基片；
2）安装好溅射靶材Zn15Sb85和Zn50Sb50，先后开启机械泵和分子泵抽真空；
3）设定溅射气体流量、腔内溅射气压、靶材的溅射功率；
4）采用室温磁控溅射方法制备[Zn15Sb85(a)/Zn50Sb50(b)]n纳米复合多层相变薄膜：
（a）将基片旋转到Zn15Sb85靶位，开启Zn15Sb85的溅射电源，按一定的溅射速度开始溅射Zn15Sb85薄膜，Zn15Sb85薄膜溅射完成后，关闭Zn15Sb85的交流溅射电源；
（b）将基片旋转到Zn50Sb50靶位，开启Zn50Sb50的溅射电源，按一定的溅射速度开始溅射Zn50Sb50薄膜，Zn50Sb50薄膜溅射完成后，关闭Zn50Sb50的交流溅射电源；
（c）重复上述（a）、（b）两步，直到完成多层[Zn15Sb85(a)/Zn50Sb50(b)]n纳米相变存储薄膜设定的周期数。

【专利技术属性】
技术研发人员：吴卫华，朱小芹，眭永兴，薛建忠，袁丽，郑龙，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32