一种非熔融超晶格相变薄膜材料制造技术

本发明专利技术属于微电子器件及存储技术领域，更具体地，涉及一种非熔融超晶格相变薄膜材料，其包括相变层和钉扎层，所述相变层和钉扎层交替堆叠形成周期性结构，所述相变层采用GeTe材料，所述钉扎层采用TiTe2材料；工作中，在所述相变层开始发生非熔融相变时，所述钉扎层不会发生相变，以提高所述钉扎层在相变过程中的稳定性。本发明专利技术的非熔融超晶格相变薄膜材料和现有的(Sb2Te3)(GeTe)2非熔融相变材料相比，通过钉扎层材料及超晶格结构的优化，显著提高了超晶格中非相变部分钉扎层在相变过程中的稳定性，使得这种非熔融超晶格相变薄膜材料拥有更好的稳定性和更高的循环次数。好的稳定性和更高的循环次数。好的稳定性和更高的循环次数。

【技术实现步骤摘要】
一种非熔融超晶格相变薄膜材料


[0001]本专利技术属于微电子器件及存储
，更具体地，涉及一种非熔融超晶格相变薄膜材料。

技术介绍

[0002]相变存储器(PCRAM)被认为是最具潜力取代闪存的下一代存储技术之一。传统的相变存储器件在写操作(RESET)过程中相变材料需要达到熔化温度才能实现晶态到非晶态的转变，导致器件功耗过大，热串扰问题严重，集成度及数据存储可靠性难以提升。为了进一步降低相变存储器件功耗并提高存储可靠性，研究人员提出了非熔融相变材料的概念。和传统熔融相变材料相比，非熔融相变材料只需要在低温(低能量驱动)的情况下，通过不同晶体结构之间的转变，就可以完成器件电阻的变化，从而存储信息。非熔融相变材料不同晶体结构之间的转变过程是通过原子的层间迁移实现的，不需要将材料温度升高到熔点以上，非熔融相变需要的能量只要大于原子层间迁移所需克服的能量势垒即可，因此非熔融相变材料的操作功耗比传统熔融相变材料要低得多。
[0003]超晶格(Sb2Te3)(GeTe)2是目前研究最多的非熔融相变材料，它的相变过程集中在(GeTe)2层的晶格中，基于(GeTe)2层中原子排布结构的不同，最多可以形成三种不同的超晶格结构。这三种结构都存在相邻的Te
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Te原子层，它们之间无法键合而形成了空隙较大的范德华间隙(约)，从而给原子层迁移提供了较大的空间，目前非熔融相变过程中的原子迁移及晶态结构转变都发生在范德华间隙附近。理想状态下，在实现低能量驱动非熔融相变过程中，仅(GeTe)2层发生非熔融相变，而(Sb2Te3)层不发生相变。
[0004]但是，(Sb2Te3)(GeTe)2非熔融超晶格相变材料中的(Sb2Te3)层也是硫系化合物，经仿真计算发现，(Sb2Te3)层在一定的能量激励下也可以发生晶态有序到非晶无序的结构变化，因此在非熔融相变过程中，(Sb2Te3)层的稳定性较差。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种非熔融超晶格相变薄膜材料，通过钉扎层材料及超晶格结构的优化，旨在解决现有的(Sb2Te3)(GeTe)2非熔融超晶格相变材料稳定性差的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种非熔融超晶格相变薄膜材料，其包括相变层和钉扎层；所述相变层和钉扎层交替堆叠形成周期性结构，所述相变层采用GeTe材料，所述钉扎层采用TiTe2材料；工作时，在所述相变层开始发生非熔融相变时，所述钉扎层不会发生相变，以提高所述钉扎层在相变过程中的稳定性。
[0007]优选地，单层钉扎层的晶体结构为至少两层TiTe2。
[0008]优选地，单层相变层的晶体结构为三层GeTe晶格。
[0009]进一步优选地，所述三层GeTe晶格由上至下或由下至上有四种点阵排列方式，分别为Ge
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[0010]进一步优选地，在所述相变层发生非熔融相变过程中，所述三层GeTe晶格在所述四种点阵排列方式之间转变，使得所述非熔融超晶格相变薄膜材料形成四种不同晶体结构。
[0011]进一步优选地，所述四种不同晶体结构的晶体常数a、b分别为其晶体常数c为或
[0012]进一步优选地，在所述相变层发生非熔融相变过程中，所述三层GeTe晶格在Ge
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Te这两种点阵排列方式之间转变。
[0013]总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：
[0014](1)本专利技术提供的非熔融超晶格相变薄膜材料中，钉扎层采用TiTe2材料，相变层采用GeTe材料，所述相变层在开始发生非熔融相变时，所述钉扎层不会发生相变，相比于传统的(Sb2Te3)(GeTe)2非熔融超晶格相变材料中钉扎层(Sb2Te3)在一定能量激励下能发生非晶化转变，本专利技术的钉扎层在非熔融相变过程中稳定性更好，从而提高了整个相变薄膜材料的非熔融相变稳定性。
[0015](2)当本专利技术单层相变层的晶体结构为三层GeTe晶格时，TiTe2在超晶格结构中更加稳定，在非熔融相变过程中不会发生原子迁移，这样不仅提升了非熔融相变操作温度的窗口，也有利于提高非熔融相变的可靠性。
[0016](3)当钉扎层中TiTe2层数增多时，非熔融相变操作温度的窗口随之增大，薄膜材料非熔融相变时TiTe2层的稳定性也随之提升。
[0017](4)当相变层中的三层GeTe晶格在Ge
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Te这两种点阵排列方式之间转变时，体系能量差异更小，这两种晶格结构之间容易发生相互转变；并且这两种结构之间的迁移势垒和传统(Sb2Te3)(GeTe)2非熔融相变材料的迁移势垒相当，说明本专利技术的超晶格相变薄膜材料也能完成类似于(Sb2Te3)(GeTe)2非熔融相变材料的非熔融相变过程。
附图说明
[0018]图1是本专利技术实施例1非熔融超晶格相变薄膜材料(TiTe2)(GeTe)3的A、B、C、D四种超晶格结构的示意图；
[0019]图2是本专利技术实施例1非熔融超晶格相变薄膜材料(TiTe2)(GeTe)3中A结构转化为D结构的能量势垒图；
[0020]图3是现有技术非熔融超晶格相变薄膜材料(Sb2Te3)(GeTe)2在不同温度下原子均方位移检测图；
[0021]图4是本专利技术实施例1非熔融超晶格相变薄膜材料(TiTe2)(GeTe)3在不同温度下原子均方位移检测图；
[0022]图5是本专利技术实施例2非熔融超晶格相变薄膜材料(TiTe2)2(GeTe)3在不同温度下原子均方位移检测图。
具体实施方式
[0023]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对
本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非熔融超晶格相变薄膜材料，其特征在于：包括相变层和钉扎层，所述相变层和钉扎层交替堆叠形成周期性结构，所述相变层采用GeTe材料，所述钉扎层采用TiTe2材料；工作时，在所述相变层开始发生非熔融相变时，所述钉扎层不会发生相变，以提高所述钉扎层在相变过程中的稳定性。2.根据权利要求1所述的非熔融超晶格相变薄膜材料，其特征在于：单层钉扎层的晶体结构为至少两层TiTe2。3.根据权利要求1或2所述的非熔融超晶格相变薄膜材料，其特征在于：单层相变层的晶体结构为三层GeTe晶格。4.根据权利要求3所述的非熔融超晶格相变薄膜材料，其特征在于：所述三层GeTe晶格由上至下或由下至上有四种点阵排列方式，分别为Ge
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【专利技术属性】
技术研发人员：程晓敏，张博凯，缪向水，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：