一种相变存储材料及其制备方法技术

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于存储材料领域，涉及。
技术介绍
相变存储器的研究是目前存储器研究的热点，具有广阔的市场前景。现有的相变 存储器大致分为两类，一类是已经商业化的多媒体数据光盘(DVD)，另一类是正处于研究中 的硫系化合物随机存储器(Chalcogenide random access memory，C-RAM)。C-RAM 集高速、 高密度、结构简单、成本低廉、抗辐照、非易失性等优点于一身，是目前被广泛看好的下一代 存储器的有力竞争者，它将替代目前广泛使用的闪存在电子存储器领域占据重要一席，故 它的研究开发受到了全球各大半导体公司的关注。在C-RAM的研发过程中，作为存储器媒介的相变材料是提高C-RAM器件性能的关 键之一。目前在C-RAM中研究和使用较多的相变存储材料是锗锑碲合金(Ge-Sb-Te)，特别 是Ge2Sb2I^5，该材料是利用可逆相变前后电阻的差异实现数据存储的。虽然Ge2Sb2I^5在热 稳定性、读写速度上有着比较突出的性能，但是同样面临着严峻的问题首先，材料的结晶 温度较低(约为165°C左右)，虽然基于Ge2Sb2I^5的存储器数据能够在110°C下保持10年， 但是存储器在高温时依然面临着数据丢失的危险；其次，材料中的碲对人体和环境有着负 面的影响，并不环保；此外，由于碲元素的低熔点、低蒸汽压，容易在高温制备过程中产生挥 发，它对半导体工艺的污染问题目前也属于未知数，对半导体生产线有一定威胁，所以极大 限制和阻碍了含碲相变存储器的开发和研究；最后，Ge-Sb-Te材料是三种元素的合金，各 种元素都具有不同的化学和物理性能，给微细加工等后续工艺带来不便。综上所述，目前相变存储器使用的相变材料还有一些需要改进的地方，特别是材 料中的碲如果能被取代或者去除，那将对相变存储器的发展提供一个新的机遇。
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相变存储材料，该相变存储材料不含有毒兀素；此外，本专利技术还提供一种相变材料的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案。一种相变存储材料，包括铝锑二元材料，所述铝锑二元材料的组成式为AlxSbh, 其中0 < χ < 1。作为本专利技术的一种优选方案，所述相变存储材料还包括对铝锑二元材料进行掺杂 的掺杂材料，所述掺杂材料为氧、氮、硼、硅、锗中的一种或多种。作为本专利技术的另一种优选方案，所述相变存储材料中的铝材料的原子百分比为 20%。一种相变存储材料的制备方法，包括以下步骤步骤一，制备好Al靶和釙靶；步骤二，采用双靶磁控共溅射的方法对Al靶和Sb靶进行共溅射，在共溅射得同时 通入Ar气；具体的工艺参数如下A1靶采用射频功率电源；Sb靶采用直流电源，溅射气压 为 0.26Pa0作为本专利技术的一种优选方案，所述Al靶和Sb靶的原子百分比纯度均为99. 999%, 直径均为75mm，厚度均为5mm。作为本专利技术的另一种优选方案，所述Ar气的纯度为99. 999%。作为本专利技术的再一种优选方案，Al靶采用的射频功率电源的射频功率为20W，Sb 靶采用的直流电源的直流功率为25W，薄膜组分为Ala2Sba98t5作为本专利技术的再一种优选方案，Al靶采用的射频功率电源的射频功率为60W，Sb 靶采用的直流电源的直流功率为25W，薄膜组分为Alai8Sbai^本专利技术的有益效果在于本专利技术所述的铝锑二元材料组分简单，不含有毒元素，并 且与互补金属氧化物半导体(CM0Q器件制造工艺兼容性非常好，是一种对环境友好的可 用于相变存储器的存储材料。附图说明图1为铝含量约为百分之二原子比的铝锑二元材料的电阻随温度的变化曲线示 意图；图2为铝含量约为百分之十八原子比的铝锑二元材料的电阻随温度的变化曲线 示意图；图3为铝含量约为百分之二原子比的铝锑二元材料在R-T测试前后的XRD图；图4为铝含量约为百分之十八原子比的铝锑二元材料在R-T测试前后的XRD图；图5为基于铝锑二元材料的相变存储器的高阻态测试的V-I曲线示意图；图6为基于铝锑二元材料的相变存储器的电阻与脉冲电压(R-V)的关系曲线示意 图。具体实施例方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细说明。实施例一本实施例提供一种相变存储材料，该材料包括铝锑二元材料，铝锑二元材料的组 成式为AlxSbh,式中χ为铝元素的原子百分比，且0 < Χ < 1。对铝锑二元材料进行氧、氮、 硼、硅、锗中的一种或多种掺杂后的组分中，铝材料的原子百分比在到20%之间。所述相变存储材料为在外部能量作用下具有可逆变化的材料，所述外部能量作用 包括电驱动、激光脉冲驱动或电子驱动。所述铝锑二元材料AlxSbh在施加电脉冲信号的情 况下，会发生高阻态与低阻态之间的可逆转换，具有高低阻态可逆转换的特性，可以用于实 现数据存储。在可逆变化前后，铝锑二元材料AlxSbh的电阻率和反射率有较大的变化，是 用于存储器的理想材料。此外，它还是一种环境友好的材料，成份简单，便于成份的严格控 制，同时也便于后续的半导体工艺加工。通过对铝锑二元材料AlxSbh电阻率随时间变化的 研究发现，该材料的非晶态在升温至某一温度后结晶，电阻率迅速下降，材料的结晶温度和 熔化温度与其中的铝含量密切相关，铝含量越高材料的结晶温度和熔点越高。因此通过控制铝锑二元材料AlxSbh中铝的含量可以控制材料的结晶温度、熔点和电阻率。与传统的用于相变存储器的SbTe、GeSbTe和SiSbTe等相变薄膜材料相比，本发 明所述的铝锑二元材料AlxSbh组分简单，不含有毒元素，并且与互补金属氧化物半导体 (CMOS)器件制造工艺兼容性非常好，是一种对环境友好的可用于相变存储器的存储材料。实施例二本实施例提供一种实施例一所述的相变存储材料的制备方法，该制备方法为采用 双靶磁控共溅射的方法制备AlxSbh薄膜，具体包括以下步骤1、先制备好直径均为75mm、厚度均为5mm的Al靶和Sb靶，靶的纯度均为99. 999% (原子百分比)；2、然后采用双靶磁控共溅射的方法，在共溅射过程中同时通入纯度为99. 999%的 Ar气；具体的工艺参数如下1)A1靶采用射频功率电源；2) Sb靶采用直流电源，选择Sb靶的功率为25W ；3)溅射气压为0.洸㈦。利用本实施例所述的相变存储材料制备方法，通过改变Al靶上的射频功率可以 得到不同溅射速率和不同组分的AlxSbh薄膜。通过扫描电子显微镜的剖面观察分析可以 得知AlxSbh薄膜的厚度；用能量弥撒X射线探测器分析可以得知AlxSbh薄膜中各元素所 占的比例。运用如上的分析测试可以获得不同组分的AlxSbh薄膜，例如1、Al靶射频功率为20W、Sb靶直流功率为25W时，薄膜组分为Ala2Sba98 ；2、Al靶射频功率为60W、Sb靶直流功率为25W时，薄膜组分为Ala 18SbQ.82。实施例三本实施例针对实施例二所述的两种组分铝锑二元材料Ala2Sba98和Ala 18Sb0.82进 行温度-电阻(R-T)测试，测试结果如图1和图2所示。图1为铝含量为百分之二原子比的铝锑二元材料的电阻随温度变化的曲线 (R-T)，其中实心曲线为升温过程，空心曲线为冷却过程。由图1可知，当合金材料中的铝含 量为百分之二原子比时，材料的电阻随着温度本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种相变存储材料，其特征在于：所述相变存储材料包括铝锑二元材料，所述铝锑二元材料的组成式为ＡｌｘＳｂ１－ｘ，且０＜ｘ＜１。

【技术特征摘要】
1.一种相变存储材料，其特征在于所述相变存储材料包括铝锑二元材料，所述铝锑 二元材料的组成式为AlxSbh,且0 < X < 1。2.根据权利要求1所述的相变存储材料，其特征在于所述相变存储材料还包括对铝 锑二元材料进行掺杂的掺杂材料，所述掺杂材料为氧、氮、硼、硅、锗中的一种或多种。3.根据权利要求2所述的相变存储材料，其特征在于所述相变存储材料中的铝材料 的原子百分比为1^-20 ^4.一种相变存储材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤 步骤一，制备好Al靶和Sb靶；步骤二，采用双靶磁控共溅射的方法对Al靶和Sb靶进行共溅射，在共溅射得同时通 入Ar气；具体的工艺参数如下A1靶采用射频功率电源；Sb靶采用直流电源，溅射气压为 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：李学来，饶峰，宋志棠，任堃，吴良才，刘波，刘卫丽，
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