一种开发和筛选相变存储材料的方法技术

本发明专利技术涉及一种开发和筛选相变存储材料的方法，包括下列步骤：（１）在单一的基底上制备出至少２个成份的相变材料组份；（２）采用激光对数据进行处理、编程和数据读取，从而获得基底上的各种组份相变材料的性能；（３）通过得到的各种相变材料组份性能的比较，获得优化组份，并绘制相变材料精细相图。本发明专利技术提供表征相变存储材料材料芯片的方法，获得各个相变材料组份的相变速率和相变功耗，高效地开发、筛选高性能存储材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属半导体材料
，特别是涉及。技术背景相变材料是一种在工业中广泛应用的存储材料，在已经商业化的可擦写多媒体数据光 盘和即将产业化的相变存储器中都是核心的存储材料，相变材料的性能是决定上述两种应 用的器件性能优劣的最关键因素。因此，为了提升上述两种存储器件的性能，就必须要提 升相变存储材料的性能，也就需要对相变材料的种类和组份进行优化，筛选和开发出高性 能的相变存储材料。特别是在采用电脉冲编程的相变随机存储器中，相变材料的选用还未 最终确定，在其产业化之前，需要进一步对材料的组份进行优化，最终选用性能最优的存 储材料组份应用到存储芯片中。在存储器应用中，优秀的相变材料应当具备的性能为较 低的编程功耗和较快的速度等。在传统的相变材料开发中，通常采用合金靶沉积薄膜或者制备器件，也有采用共溅射 等方法，制备出多种元素混合的材料和器件，随后进行各方面的性能表征。然而，在开发 新型材料的过程中，往往需要对成百上千的材料组份进行制备和表征，因此需要大量的时 间才能够开发出一个性能较好的材料组份。而组合材料技术是一种高效的方法，利用此方 法能够在同一基底上制造出上千种以上的材料组份，通过表征，可以以较快的速度获得较大量的信息，是一种筛选材料的高效的方法(美国专利Combinatorial synthesis of novel materials,申请号5,985,356，申请日期1994年10月18;美国专利Combinatorial synthesis of novel materials,申请号6,004,617，申请日期1995年6月7)。通过组 合材料技术在同一基底上制备的组合材料被称为材料芯片。然而，上述组合材料技术的瓶颈在于材料芯片性能的表征而非材料芯片的制备，正是 因为其瓶颈的限制，组合材料技术往往应用到发光、腐蚀等领域中，在这些应用中，不需 要测试精密的设备去表征材料性能，然而，对于表征相变材料性能等方面就存在较大的难 度，因此，组合材料技术在相变材料的开发中没有得到广泛的应用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种表征相变存储材料芯片的方法，获得各个相变 材料组份的相变速率和相变功耗，高效地开发、筛选高性能存储材料的开发和筛选相变存 储材料的方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种开发和筛选相变存储材料的方 法，包括下列步骤-(1) 在单一的基底上制备出至少2个成份的相变材料组份；(2) 采用激光对相变存储材料进行处理、编程和数据读取，从而获得基底上的各种 相变材料的性能组份；(3) 通过得到的各种相变材料组份性能的比较，获得优化组份，并绘制相变材料精 细相图。所述的数据的处理和编程通过激光对相变材料的加热来实现；数据的读取通过激光测 量相变材料光学反射率的变化来实现。所述的相变存储材料为至少2种元素的混合物，或为至少2种元素形成的多层结构， 其厚度在l咖到500nm之间，若是多层结构则各层之间的厚度在0. 3nm到150nra之间；在 相变存储材料的上方包含有阻挡保护层，其厚度在lnm至ljlOOnm之间；所述的相变存储材 料在激光的辐照或照射下出现结构、或光学、或电学性能的变化。所述的相变存储材料在相变存储材料与基底之间具有公共电极。所述的公共电极的厚度在5nm以上。所述的步骤(2)为采用激光对数据进行处理、编程，辅助以微波技术或探针技术进 行信息读取，从而获得基底上各种组份相变材料的物理性能。所述的探针技术为采用导电探针对相变存储材料进行扫描或读取数据。所述的步骤(2)为利用探针技术施加电信号，进行对相变存储材料处理、编程和数 据读取，从而获得基底上的多个组份相变材料的性能。所述的数据的处理和编程通过导电探针施加电信号，通过对相变材料的加热作用来实 现；数据的读取通过导电探针施加电信号读取相变存储材料的电信息来实现；所述的电信 息包含电阻率、介电常数、介电损耗、击穿电场强度及相变功耗和速度。有益效果本专利技术提供表征相变存储材料材料芯片的方法，获得各个相变材料组份的相变速率和 相变功耗，高效地开发、筛选高性能存储材料。 附图说明图1A为一种具有64个组份的相变材料芯片示意图。图1B为通过三元相变材料GeSbTe的组合 料芯片可得到对应相图的示意图。图2A为采用激光对组合相变材料芯片进行表征的示意图。图2B为典型的测试结果，图中的不同图形代表反射率的差异。图3A-B为釆用激光辅助以微波技术表征法对组合相变材料芯片进行表征的示意图。图4为釆用探针技术对组合相变材料芯片进行表征的示意图。具体实施例方式下面结合具体实施例，进一步阐述本专利技术。应理解，这些实施例仅用于说明本专利技术 而不用于限制本专利技术的范围。此外应理解，在阅读了本专利技术讲授的内容之后，本领域技术 人员可以对本专利技术作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限 定的范围。本专利技术提供一种高效地开发和筛选高性能相变存储材料的方法，采用组合材料芯片 方法可以在单一的基底上制备出多个组份的相变存储材料，采用不同的制备方法，可以得 到不同类型的组合材料芯片有分立的，也有组份连续的。图1A所示为一种具有64个组 份的分立的组合材料芯片示意图，组合材料组份的增加可以通过增加掩膜的数量增加，同 理可以得到256以及1024种组份的材料芯片。图1B显示为另外一种制备组合材料芯片的 方法制备的三元材料芯片，其特点是芯片上的材料组份连续变化，以三元GeSbTe为例， 在图示单一的芯片上就可以包括所有的GeSbTe组份(包括二元和单质组份)。实施例l组合材料芯片的制备不是该技术的难点，难点在于制备出的材料芯片的表征，该专利技术 的提供适用于相变材料的表征方法，有效地表征出相变材料的相变速率和相变功耗。可以采用脉冲激光对制备的相变材料芯片进行表征，此实施例中，激光的目的有三其一，通过加热效应，使多层结构之间的原子相互扩散，形成均匀的混合物；其二，通过激光编程 实现相变材料的可逆相变过程，包括从非晶到多晶的结晶过程，以及从多晶结构到非晶的 重新非晶化过程；其三，通过反射率的测量实现对相变材料相变过程的表征，相变材料的 反射率与其晶体结构密切相关，最终通过反射率的测量得到相变材料相变速率和相变功率 等参数。在图2A所示的结构中，分立的相变材料芯片沉积在基底上，相变材料薄膜被介 质保护层所覆盖，介质保护层的应用是防止相变材料在编程过程中的挥发。图2A中，是 采用脉冲激光对组合材料芯片上坐标为(0， 0)位置的分立单元进行编程和信息的收集， 得到的典型的数据如图2B所示，显示的是该测量点脉冲激光的脉冲宽度、强度与变成前 后反射率变化的关系(代表了相变过程)，从中可以推算出该测量点相变材料相变功耗和速度。上述测试完成后，便移动到未测试的单元上，测试得到如图2B所示的结果，最终 在扫描了整个材料芯片后获得完整的材料芯片数据，绘制相图或者对比之后便能够得到最 优的材料组份，实现快速的相变材料的开发和组份的筛选。 实施例2与实施例1的相同之处在于同样采用激光进行处理和编程，但是采用微波技术或探针技 术进行编程后相变材料信息的读取。图3A所示的结构与图2A的不同之处在于，后者在相 变材料薄膜与基底之间具有一层公共电极，并且没有介质本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种开发和筛选相变存储材料的方法，其特征在于，包括下列步骤：　（１）在单一的基底上制备出至少２个成份的相变材料组份；　（２）采用激光对相变材料进行处理、编程和数据读取，从而获得基底上的各种组份的相变材料的性能；　（３）通过 得到的各种相变材料组份性能的比较，获得优化组份，并绘制相变材料精细相图。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张挺，宋志棠，刘波，封松林，
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：31[中国|上海]