專利名稱：一種Sb₈₀Te₂₀/SbSe納米復(fù)合多層相變薄膜及其制備和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種Sb8Je2tZSbSe納米復(fù)合多層相變薄膜及其制備和應(yīng)用。
背景技術(shù)：
相變存儲器(Phase Change Memory，PCM)作為一種新興的非揮發(fā)存儲技術(shù)，其具有循環(huán)壽命長(>1013次)、元件尺寸小、功耗低、可多級存儲、高速讀取、耐高低溫(-55—125°C)、抗振動、以及與現(xiàn)有集成電路工藝相兼容等優(yōu)點(diǎn)(S. Lai and T. LowreyiIEDMTech. Dig.，2000, p. 243)，被國際半導(dǎo)體工業(yè)協(xié)會認(rèn)為是最有可能取代目前的閃存而成為未來存儲器主流產(chǎn)品和最先成為商用產(chǎn)品的下一代半導(dǎo)體存儲器件。PCM是利用電流產(chǎn)生的焦耳熱量可逆改變薄膜電阻進(jìn)行編程，薄膜在高阻值時(shí)為非晶態(tài)，在低阻值時(shí)為晶態(tài)，高低電阻值分別對應(yīng)著邏輯數(shù)據(jù)的“O”和“I”(S.W.Ryu等，Applied Physics Letters, 92, 142110, 2008)。相變存儲器的操作速度主要受限于薄膜的晶化過程，因此加快薄膜的相變速度才能提高相變存儲器的操作速度。由于生長占主導(dǎo)的結(jié)晶過程，Sb-Te合金材料具有比傳統(tǒng)的Ge2Sb2Te5相變材料更快的結(jié)晶速度。隨著存儲單元和接觸面積的減小，Sb-Te合金的結(jié)晶速度將會變的更快，合金中Sb含量增加時(shí)其結(jié)晶速度也會進(jìn)一步加快。因此Sb8tlTe2tl具有較快的結(jié)晶速度，但Sb8tlTe2tl的結(jié)晶溫度較低，非晶態(tài)熱穩(wěn)定性較差，難以直接應(yīng)用于相變存儲器中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種能夠加快相變存儲器操作速度的Sb8Je2(l/SbSe納米復(fù)合多層相變薄膜及其制備方法。本發(fā)明首先公開了一種Sb8(lTe2(l/SbSe納米復(fù)合多層相變薄膜,所述Sb8(lTe2(l/SbSe納米復(fù)合多層相變薄膜中Sb8tlTe2tl薄膜和SbSe薄膜交替排列，其中，單層Sb8Je2tl薄膜的厚度為2 16nm，單層SbSe薄膜的厚度為6 20nm，所述Sb8tlTe2cZSbSe納米復(fù)合多層相變薄膜總厚度為60 200nm。本發(fā)明所述Sb8Je2tl表示該薄膜材料中Sb和Te的原子比為80 20 ；SbSe表示該薄膜材料中Sb和Se的原子比為I :1。較優(yōu)的，所述Sb8(lTe2(l/SbSe納米復(fù)合多層相變薄膜的化學(xué)組成為[Sb8tlTe2tl(a)/SbSe (b) ]x (N)，其中，a、b分別表示單層Sb8tlTe2tl薄膜和單層SbSe薄膜的厚度，1 16nm,6彡b彡20nm ；N為所述Sb8Je2cZSbSe納米復(fù)合多層相變薄膜材料的厚度，60彡N彡200nm ；X為Sb8(lTe2(l/SbSe復(fù)合膜的周期數(shù)，X為正整數(shù)并且x=N/ (a+b)。更優(yōu)的，所述Sb8tlTe2cZSbSe納米復(fù)合多層相變薄膜中60 < N < 198nm ;更優(yōu)的，N為 lOOnm。更優(yōu)的，所述Sb80Te20ZSbSe納米復(fù)合多層相變薄膜中a彡O. 8b。
最優(yōu)的，所述Sb8tlTe2cZSbSe納米復(fù)合多層相變薄膜中a :b為4 :10。本發(fā)明所述Sb8Je2(l/SbSe納米多層復(fù)合相變薄膜具有比SbSe薄膜更快的晶化速度。所述Sb8(lTe2(l/SbSe納米多層復(fù)合相變薄膜相變前后的高低電阻比值不小于三個(gè)數(shù)量級。在受熱過程中，本發(fā)明復(fù)合材料中的Sb8tlTe2tl率先晶化，并誘發(fā)SbSe晶化，提升了薄膜材料的晶化速度。而體系中的SbSe則使得薄膜材料在相變前后的電阻變化在3個(gè)數(shù)量級以上，保證了相應(yīng)的相應(yīng)存儲器足夠的開關(guān)比，同時(shí)使薄膜材料具有較高的熱穩(wěn)定性。本發(fā)明第二方面提供了前述Sb8Je2(l/SbSe納米復(fù)合多層相變薄膜的制備方法，為采用磁控濺射法，在Si02/Si襯底上，以Sb8Je2tl和SbSe為濺射靶材，以Ar為濺射氣體，交替沉積多層Sb8Je2tl薄膜和SbSe薄膜，獲得Sb8(lTe2(l/SbSe納米復(fù)合多層相變薄膜材料。較優(yōu)的，所述磁控濺射法為室溫磁控濺射法。
較優(yōu)的，所述Sb8Je2tl靶材的純度在原子百分比99. 99%以上，所述SbSe靶材的純度在原子百分比99. 999%以上，本底真空度不大于lX10_4Pa。較優(yōu)的，所述Sb8tlTe2tl和SbSe靶材均采用射頻電源，濺射功率為15 25W。優(yōu)選的，濺射功率為20W。較優(yōu)的，所述Ar的純度為體積百分比99. 999%以上，氣體流量為25 35SCCM，濺射氣壓為O. 15 O. 25Pa。更優(yōu)的，所述Ar的氣體流量為30SCCM，濺射氣壓為O. 2Pa。較優(yōu)的，本發(fā)明所述單層Sb8tlTe2tl薄膜和單層SbSe薄膜的厚度通過濺射時(shí)間來調(diào)控。本發(fā)明所述的Sb8Je2(l/SbSe納米復(fù)合多層相變薄膜材料的制備過程具體包括以下步驟I)清洗 Si02/Si (100)基片；2)安裝好濺射靶材；設(shè)定射頻功率，氣體流量及濺射氣壓；3)采用室溫磁控濺射法，在基片上交替濺射Sb8Je2tl薄膜和SbSe薄膜，制備獲得Sb80Te20/SbSe納米復(fù)合多層相變薄膜。本發(fā)明的Sb8Je2(l/SbSe納米復(fù)合多層相變薄膜為通過交替濺射沉積Sb8tlTe2tl層和SbSe層,在納米量級復(fù)合而成。本發(fā)明最后還公開了前述Sb8(lTe2(l/SbSe納米復(fù)合多層相變薄膜在相變存儲器中應(yīng)用。本發(fā)明的Sb8(lTe2(l/SbSe納米復(fù)合多層相變薄膜材料能夠應(yīng)用于相變存儲器，與傳統(tǒng)的相變薄膜材料相比具有如下特點(diǎn)首先，Sb80Te20/SbSe納米復(fù)合多層相變薄膜具有較快的晶化速度，能夠?qū)⑾鄳?yīng)的相變存儲器的操作速度提升到50納秒；其次，Sb80Te20/SbSe納米復(fù)合多層相變薄膜材料具有較好的數(shù)據(jù)保持能力，能夠?qū)?shù)據(jù)在75°C以上的環(huán)境中保持10年以上；第三，Sb80Te20/SbSe納米復(fù)合多層相變薄膜材料在相變前后高低電阻之比達(dá)到三個(gè)數(shù)量級以上，保證了在相應(yīng)相變存儲器中足夠的開關(guān)比。


圖I:本發(fā)明的[Sb8tlTe2tl (2nm)/SbSe (6nm) ]8(64nm)、[Sb80Te20 (4nm) /SbSe(6nm)]6(60nm)納米復(fù)合多層相變薄膜材料的原位電阻與溫度的關(guān)系曲線；圖2:本發(fā)明的[Sb80Te20 (2nm)/SbSe (IOnm) ] 8 (96nm)、[Sb80Te20 (4nm) /SbSe (IOnm) ]7(98nm)、[Sb80Te20 (6nm) / SbSe (IOnm) ]6(96nm)、[Sb80Te20 (8nm) /SbSe (IOnm)]5(90nm)納米復(fù)合多層相變薄膜材料及用于對比的單層SbSe、Sb8Je2tl薄膜材料原位電阻與溫度的關(guān)系曲線；圖3 :本發(fā)明的[Sb8Je2tl (4nm)/SbSe (IOnm) ]7(98nm)納米復(fù)合多層相變薄膜材料及單層SbSe、單層Sb8tlTe2tl薄膜材料在納秒激光脈沖照射下反射率隨時(shí)間的變化關(guān)系；圖4:基于本發(fā)明的[Sb8tlTe2tl (4nm)/SbSe (IOnm) ]7(98nm)納米復(fù)合多層相變薄膜及單層SbSe薄膜的相變存儲器的R-V特性曲線。
具體實(shí)施方式
以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實(shí)施方式
加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。實(shí)施例I本實(shí)施例中制備的Sb8 Je2tZSbSe納米復(fù)合多層相變薄膜材料的總厚度為 60-64nm,具體結(jié)構(gòu)分另丨」為[Sb80Te20 (2nm) /SbSe (6nm) ] 8 (64nm) > [Sb80Te20 (4nm) /SbSe(6nm) ]6(60nm)。制備步驟為I、清洗Si02/Si (100)基片，清洗表面、背面，去除灰塵顆粒、有機(jī)和無機(jī)雜質(zhì)(a)在丙酮溶液中強(qiáng)超聲清洗3-5分鐘，去離子水沖洗；(b)在乙醇溶液中強(qiáng)超聲清洗3-5分鐘，去離子水沖洗，高純N2吹干表面和背面；(c)在120°C烘箱內(nèi)烘干水汽，約20分鐘.2、采用磁控派射方法制備[Sb8tlTe2tl (a)/SbSe (b)]x薄膜前準(zhǔn)備(a)裝好Sb8tlTe2tl和SbSe濺射靶材，并將本底真空抽至I X 10_4Pa ；(b)設(shè)定射頻功率為15W ；(c)使用高純Ar作為濺射氣體，設(shè)定濺射氣體流量為25SCCM，并將濺射氣壓調(diào)節(jié)至 O. 25Pa。3、采用磁控濺射方法制備[Sb8tlTe2tl (a) /SbSe (b)]x納米復(fù)合多層相變薄膜材料a)將空基托旋轉(zhuǎn)到Sb8tlTe2tl祀位，打開Sb8tlTe2tl祀上的射頻電源,依照設(shè)定的派射時(shí)間，開始對Sb8Je2tl靶材進(jìn)行濺射，清潔Sb8tlTe2tl靶材表面；b) Sb80Te20靶材表面清潔完成后，關(guān)閉Sb8tlTe2tl靶上所施加的射頻電源，將基片旋轉(zhuǎn)到SbSe靶位，開啟SbSe靶上的射頻電源，依照設(shè)定的濺射時(shí)間，開始對SbSe靶材進(jìn)行濺射，清潔SbSe靶材表面；c) SbSe靶材表面清潔完成后將基片旋轉(zhuǎn)到Sb8Je2tl靶位，打開Sb8tlTe2tl靶上的射頻電源，依照設(shè)定的濺射時(shí)間，開始濺射Sb8tlTe2tl薄膜；d) Sb80Te20薄膜濺射完成后，關(guān)閉Sb8Je2tl靶上所施加的射頻電源，將基片旋轉(zhuǎn)到SbSe靶位，開啟SbSe靶上的射頻電源，依照設(shè)定的濺射時(shí)間，開始濺射SbSe薄膜。
e)重復(fù) c)和 d)兩步，最終分別制備出為[Sb80Te20 (2nm) /SbSe (6nm) ] 8 (64nm) >[Sb80Te20 (4nm) /SbSe (6nm) ] 6 (60nm)納米復(fù)合多層相變薄膜材料。最終所得的[Sb8tlTe2tl (a) /SbSe (b)]x(N)納米復(fù)合多層相變薄膜總厚度約為60 64nm,其中Sb8tlTe2tl與SbSe的單層薄膜厚度均通過派射時(shí)間的不同來控制，Sb80Te20的派射速率為3. 5s/nm, SbSe的濺射速率為I. 4s/nm。其原位電阻與溫度關(guān)系檢測結(jié)果如圖I。由圖I可知，低溫下，兩種薄膜處于高電阻的非晶態(tài)，隨著溫度的不斷升高，薄膜電阻緩慢降低，達(dá)到相變溫度時(shí)，薄膜開始晶化，相應(yīng)的電阻開始快速下降，相變過程結(jié)束后，隨著溫度的升高電阻基本保持不變。實(shí)施例2 本實(shí)施例中制備的Sb8(lTe2(l/SbSe納米復(fù)合多層相變薄膜材料的總厚度約為 IOOnm,具體結(jié)構(gòu)分另Ij 為[Sb80Te20 (2nm)/SbSe (IOnm) ]8 (96nm)、[Sb80Te20 (4nm) /SbSe (IOnm) ]7(98nm)、[Sb80Te20 (6nm) / SbSe (IOnm) ]6(96nm)、[Sb80Te20 (8nm) / SbSe (IOnm) ] 5 (90nm)。制備步驟為I、清洗Si02/Si (100)基片，清洗表面、背面，去除灰塵顆粒、有機(jī)和無機(jī)雜質(zhì)(a)在丙酮溶液中強(qiáng)超聲清洗3-5分鐘，去離子水沖洗；(b)在乙醇溶液中強(qiáng)超聲清洗3-5分鐘，去離子水沖洗，高純N2吹干表面和背面；(c)在120°C烘箱內(nèi)烘干水汽，約20分鐘.2、采用射頻濺射方法制備[Sb8tlTe2tl (a)/SbSe (b)]x (N)薄膜前準(zhǔn)備(a)裝好Sb8tlTe2tl和SbSe濺射靶材，并將本底真空抽至I X 10_4Pa ；(b)設(shè)定射頻功率為20W ；(c)使用高純Ar作為濺射氣體，設(shè)定濺射氣體流量為30SCCM，并將濺射氣壓調(diào)節(jié)至 O. 2Pa。3、采用磁控交替濺射方法制備[Sb8Je2tl (a)/SbSe (b)]x (N)納米復(fù)合多層相變薄膜材料a)將空基托旋轉(zhuǎn)到Sb8tlTe2tl祀位，打開Sb8tlTe2tl祀上的射頻電源,依照設(shè)定的派射時(shí)間，開始對Sb8Je2tl靶材進(jìn)行濺射，清潔Sb8tlTe2tl靶材表面；b) Sb80Te20靶材表面清潔完成后，關(guān)閉Sb8tlTe2tl靶上所施加的射頻電源，將基片旋轉(zhuǎn)到SbSe靶位，開啟SbSe靶上的射頻電源，依照設(shè)定的濺射時(shí)間，開始對SbSe靶材進(jìn)行濺射，清潔SbSe靶材表面；c) SbSe靶材表面清潔完成后將基片旋轉(zhuǎn)到Sb8Je2tl靶位，打開Sb8tlTe2tl靶上的射頻電源，依照設(shè)定的濺射時(shí)間，開始濺射Sb8tlTe2tl薄膜；d) Sb80Te20薄膜濺射完成后，關(guān)閉Sb8Je2tl靶上所施加的射頻電源，將基片旋轉(zhuǎn)到SbSe靶位，開啟SbSe靶上的射頻電源，依照設(shè)定的濺射時(shí)間，開始濺射SbSe薄膜。e)重復(fù) c)和 d)兩步，最終制備出[Sb80Te20 (2nm) /SbSe (IOnm) ] 8 (96nm) >[Sb80Te20 (4nm) /SbSe (IOnm) ] 7 (98nm)、[Sb80Te20 (6nm) /SbSe (IOnm) ] 6 (96nm)、[Sb80Te20 (8nm) /SbSe (IOnm) ] 5 (90nm)納米復(fù)合多層相變薄膜材。最終所得的[Sb8tlTe2tl (a) /SbSe (b)]x納米復(fù)合多層相變薄膜總厚度約為lOOnm，其中Sb8tlTe2tl與SbSe的單層薄膜厚度均通過濺射時(shí)間的不同來控制，Sb80Te20的濺射速率為3. 5s/nm, SbSe 的派射速率為 I. 4s/nm。實(shí)施例3本實(shí)施例中制備的Sb8 Je2tZSbSe納米復(fù)合多層相變薄膜材料的總厚度為 200nm,具體結(jié)構(gòu)分另Il 為[Sb80Te20 (2nm)/SbSe (20nm) ]9 (198nm)、[Sb80Te20 (8nm) /SbSe (20nm) ] 7 (196nm)、[Sb80Te20 (16nm) /SbSe (20nm) ] 5 (180nm)。制備步驟為I、清洗Si02/Si(100)基片，清洗表面、背面，去除灰塵顆粒、有機(jī)和無機(jī)雜質(zhì)(a)在丙酮溶液中強(qiáng)超聲清洗3-5分鐘，去離子水沖洗；(b)在乙醇溶液中強(qiáng)超聲清洗3-5分鐘，去離子水沖洗，高純N2吹干表面和背面；
(c)在120°C烘箱內(nèi)烘干水汽，約20分鐘。2、采用射頻濺射方法制備[Sb8tlTe2tl (a)/SbSe (b)]x (N)薄膜前準(zhǔn)備(a)裝好Sb8tlTe2tl和SbSe濺射靶材，并將本底真空抽至I X 10_4Pa ；(b)設(shè)定射頻功率為25W ；(c)使用高純Ar作為濺射氣體，設(shè)定濺射氣體流量為35SCCM，并將濺射氣壓調(diào)節(jié)至 O.15Pa。3、采用磁控交替濺射方法制備[Sb8Je2tl (a)/SbSe (b)]x (N)納米復(fù)合多層相變薄膜材料a)將空基托旋轉(zhuǎn)到Sb8tlTe2tl祀位,打開Sb8tlTe2tl祀上的射頻電源,依照設(shè)定的派射時(shí)間，開始對Sb8Je2tl靶材進(jìn)行濺射，清潔Sb8tlTe2tl靶材表面；b) Sb80Te20靶材表面清潔完成后，關(guān)閉Sb8tlTe2tl靶上所施加的射頻電源，將基片旋轉(zhuǎn)到SbSe靶位，開啟SbSe靶上的射頻電源，依照設(shè)定的濺射時(shí)間，開始對SbSe靶材進(jìn)行濺射，清潔SbSe靶材表面；c) SbSe靶材表面清潔完成后將基片旋轉(zhuǎn)到Sb8Je2tl靶位，打開Sb8tlTe2tl靶上的射頻電源，依照設(shè)定的濺射時(shí)間，開始濺射Sb8tlTe2tl薄膜；d) Sb80Te20薄膜濺射完成后，關(guān)閉Sb8Je2tl靶上所施加的射頻電源，將基片旋轉(zhuǎn)到SbSe靶位，開啟SbSe靶上的射頻電源，依照設(shè)定的濺射時(shí)間，開始濺射SbSe薄膜。e)重復(fù)c)和d)兩步，即在Si02/Si(100)基片上分別制備出[Sb80Te20(2nm)/SbSe (2Onm) ] 9 (198nm)、[Sb80Te20 (8nm) /SbSe (20nm) ] 7 (196nm)、[Sb80Te20 (16nm) /SbSe (20nm) ] 5 (180nm)納米復(fù)合多層相變薄膜材。最終所得的[Sb8tlTe2tl (a) /SbSe (b) ] x (N)納米復(fù)合多層相變薄膜總厚度約為200nm，其中Sb8tlTe2tl與SbSe的單層薄膜厚度均通過濺射時(shí)間的不同來控制，Sb80Te20的濺射速率為3. 5s/nm, SbSe的濺射速率為I. 4s/nm。其原位電阻與溫度關(guān)系檢測結(jié)果同實(shí)施案例2。對比實(shí)驗(yàn)I.實(shí)驗(yàn)材料I. I單層SbSe相變薄膜材料，厚度為lOOnm，制備步驟為I、清洗Si02/Si (100)基片，清洗表面、背面，去除灰塵顆粒、有機(jī)和無機(jī)雜質(zhì)(a)在丙酮溶液中強(qiáng)超聲清洗3-5分鐘，去離子水沖洗；(b)在乙醇溶液中強(qiáng)超聲清洗3-5分鐘，去離子水沖洗，高純N2吹干表面和背面；
(c)在120°C烘箱內(nèi)烘干水汽，約20分鐘.2、采用射頻濺射方法制備Sb8tlTe2tl薄膜前準(zhǔn)備(a)裝好SbSe濺射靶材，并將本底真空抽至I X KT4Pa ；(b)設(shè)定射頻功率為20W ；(c)使用高純Ar作為濺射氣體，設(shè)定濺射氣體流量為30SCCM，并將濺射氣壓調(diào)節(jié)至 O. 2Pa。3、采用磁控濺射方法制備SbSe相變薄膜材料a)將空基托旋轉(zhuǎn)到SbSe祀位,打開SbSe祀上的射頻電源,依照設(shè)定的派射時(shí)間，開始對SbSe靶材進(jìn)行濺射，清潔SbSe靶材表面；
b)SbSe靶材表面清潔完成后，關(guān)閉靶上所施加的射頻電源，將基片旋轉(zhuǎn)到SbSe靶位，開啟SbSe靶位上的射頻電源，依照設(shè)定的濺射時(shí)間(140s)，開始濺射SbSe薄膜。即在Si02/Si (100)基片上制備了厚度為IOOnm的SbSe薄膜。I. 2單層Sb8tlTe2tl相變薄膜材料，厚度為lOOnm。制備步驟為I、清洗Si02/Si(100)基片，清洗表面、背面，去除灰塵顆粒、有機(jī)和無機(jī)雜質(zhì)(a)在丙酮溶液中強(qiáng)超聲清洗3-5分鐘，去離子水沖洗；(b)在乙醇溶液中強(qiáng)超聲清洗3-5分鐘，去離子水沖洗，高純N2吹干表面和背面；(c)在120°C烘箱內(nèi)烘干水汽，約20分鐘.2、采用射頻濺射方法制備Sb8tlTe2tl薄膜前準(zhǔn)備(a)裝好Sb8tlTe2tl濺射靶材，并將本底真空抽至I X 10_4Pa ；(b)設(shè)定射頻功率為20W ；(c)使用高純Ar作為濺射氣體，設(shè)定濺射氣體流量為30SCCM，并將濺射氣壓調(diào)節(jié)至 O. 2Pa。3、采用磁控濺射方法制備Sb8tlTe2tl相變薄膜材料a)將空基托旋轉(zhuǎn)到Sb8tlTe2tl祀位,打開Sb8tlTe2tl祀上的射頻電源,依照設(shè)定的派射時(shí)間，開始對Sb8Je2tl靶材進(jìn)行濺射，清潔Sb8tlTe2tl靶材表面；WSb8tlTe2tl靶材表面清潔完成后，關(guān)閉靶上所施加的射頻電源，將基片旋轉(zhuǎn)到Sb80Te20祀位，開啟Sb8tlTe2tl祀位上的射頻電源，依照設(shè)定的派射時(shí)間(350s),開始派射Sb80Te20薄膜。即在Si02/Si (100)基片上制備了厚度為IOOnm的Sb8Je2tl薄膜。2.實(shí)驗(yàn)方法及結(jié)果將實(shí)施例2制備的4種[Sb8tlTe2tl (a)/SbSe (b)]x (N)納米復(fù)合多層相變薄膜材料和對比例的單層SbSe和Sb8tlTe2tl相變薄膜材料進(jìn)行測試得到各相變薄膜材料的原位電阻與溫度的關(guān)系曲線圖2。由圖2可知本發(fā)明的[Sb8(lTe2(l/SbSe]x納米復(fù)合多層相變薄膜材料及用于對比的單層SbSe、Sb8Je2(l薄膜材料原位電阻與溫度的關(guān)系曲線，測試過程中的升溫速率為10°C /min0在低溫下，所有薄膜處于高電阻的非晶態(tài)，隨著溫度的不斷升高，薄膜電阻緩慢降低，達(dá)到相變溫度時(shí)，薄膜開始晶化，相應(yīng)的電阻開始快速下降，相變過程結(jié)束后，隨著溫度的升高電阻基本保持不變。可以看出，與單層Sb8Je2tl薄膜材料相比，SbSe的加入極大的提高了非晶態(tài)電阻，保證了相應(yīng)相變存儲器件足夠的開關(guān)比。且薄膜的晶化溫度有較大的提升，使薄膜具有了更好的熱穩(wěn)定性。
上述實(shí)施例2的[Sb8Je2tl (4nm)/SbSe (IOnm) ]7(98nm)納米復(fù)合多層相變薄膜材料和對比例的單層SbSe、Sb80Te20相變薄膜材料經(jīng)納秒激光脈沖照射后得到薄膜反射率隨時(shí)間的變化曲線圖3。由圖3可知,本發(fā)明的[Sb8tlTe2tl (4nm)/SbSe (IOnm) ]7(98nm)納米復(fù)合多層相變薄膜材料與單層SbSe、Sb8tlTe2tl薄膜材料經(jīng)納秒激光脈沖照射時(shí)反射率隨時(shí)間的變化關(guān)系。可以看出，三種薄膜反射率發(fā)生突變的時(shí)間分別約為70ns、40ns和30ns，與單層SbSe薄膜相t匕，本發(fā)明的[Sb8Je2tl (4nm)/SbSe (IOnm) ]7(98nm)納米復(fù)合多層相變薄膜具有更快的相變速度。綜合圖2和圖3，本發(fā)明的本發(fā)明的[Sb8Je2tl (4nm)/SbSe (IOnm) ]7(98nm)納米復(fù)合多層相變薄膜同時(shí)具備了兩種單層SbSe、Sb80Te20薄膜材料的優(yōu)點(diǎn)，既有較高的熱穩(wěn)定性及較大的高低電阻比，又具有將快的結(jié)晶速度，這都有利于提高相變存儲器的性能。將上述實(shí)施例2的[Sb8Je2tl (4nm)/SbSe (IOnm) ]7(98nm)納米多層復(fù)合相變薄膜材料和對比例I的單層SbSe相變薄膜材料進(jìn)行檢測得到其相變存儲器的R-V特性曲線圖4。
由圖4可知,基于本發(fā)明[Sb8tlTe2tl (4nm)/SbSe (IOnm) ]7(98nm)納米多層復(fù)合相變薄膜材料及對比例I單層SbSe薄膜材料的相變存儲器的R-V特性曲線。對于兩種相變存儲器，都可以通過施加電流脈沖實(shí)現(xiàn)高低電阻之間的變化，從而實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的存儲。當(dāng)兩者施加的電流脈沖寬度均為IOOns時(shí),基于本發(fā)明[Sb8tlTe2tl(4nm)/SbSe (IOnm) ]7(98nm)納米多層復(fù)合相變薄膜材料的相變存儲器的SET、RESET電壓更低，說明其功耗更小。此外，基于本發(fā)明[Sb8tlTe2tl (4nm)/SbSe (IOnm) ]7(98nm)納米多層復(fù)合相變薄膜材料的相變存儲器可以通過施加50ns的電流脈沖實(shí)現(xiàn)高低阻之間的變化，表明其具有更快的操作速度。綜合圖1-4可知，本發(fā)明的[Sb8tlTe2tl(a)/SbSe (b)]x(N)納米多層復(fù)合相變薄膜材料具有高熱穩(wěn)定性、低功耗、快速相變的優(yōu)點(diǎn)。以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對本發(fā)明任何形式上和實(shí)質(zhì)上的限制，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明方法的前提下，還將可以做出若干改進(jìn)和補(bǔ)充，這些改進(jìn)和補(bǔ)充也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。凡熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，當(dāng)可利用以上所揭示的技術(shù)內(nèi)容而做出的些許更動、修飾與演變的等同變化，均為本發(fā)明的等效實(shí)施例；同時(shí)，凡依據(jù)本發(fā)明的實(shí)質(zhì)技術(shù)對上述實(shí)施例所作的任何等同變化的更動、修飾與演變，均仍屬于本發(fā)明的技術(shù)方案的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種Sb8tlTe2cZSbSe納米復(fù)合多層相變薄膜，所述Sb8tlTe2cZSbSe納米復(fù)合多層相變薄膜中Sb8Je2tl薄膜和SbSe薄膜交替排列，其中，單層Sb8Je2tl薄膜的厚度為2 16nm，單層SbSe薄膜的厚度為6 20nm，所述Sb8Je2(l/SbSe納米復(fù)合多層相變薄膜總厚度為60 200nm。
2.如權(quán)利要求I所述Sb8(lTe2(l/SbSe納米復(fù)合多層相變薄膜,其特征在于,所述Sb8Je2tl/SbSe納米復(fù)合多層相變薄膜的化學(xué)組成為[Sb8Je2tl (a)/SbSe (b)]x (N)，其中，a、b分別表示單層Sb8tlTe2tl薄膜和單層SbSe薄膜的厚度,2彡a彡16nm, 6彡b彡20nm ；N為所述Sb8tlTe20/SbSe納米復(fù)合多層相變薄膜材料的厚度，60彡N彡200nm ；x為Sb8(lTe2(l/SbSe復(fù)合膜的周期數(shù)，X為正整數(shù)并且X=N/(a+b)。
3.如權(quán)利要求2所述Sb8(lTe2(l/SbSe納米復(fù)合多層相變薄膜,其特征在于,所述Sb8Je2tl/SbSe納米復(fù)合多層相變薄膜中a < O. 8b。
4.如權(quán)利要求3所述Sb8(lTe2(l/SbSe納米復(fù)合多層相變薄膜,其特征在于,所述Sb8Je2tl/SbSe納米復(fù)合多層相變薄膜中a :b為4 :10。
5.權(quán)利要求1-4任一權(quán)利要求所述Sb8Je2(l/SbSe納米復(fù)合多層相變薄膜的制備方法，其特征在于，采用磁控濺射法，在Si02/Si襯底上，以Sb8Je2tl和SbSe為濺射靶材，以Ar為濺射氣體，交替沉積多層Sb8tlTe2tl薄膜和SbSe薄膜，獲得Sb8(lTe2(l/SbSe納米復(fù)合多層相變薄膜材料。
6.如權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述Sb8Je2tl和SbSe靶材均采用射頻電源，濺射功率為15 25W。
7.如權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述Ar的純度為體積百分比99.999%以上，氣體流量為25 35SCCM，濺射氣壓為O. 15 O. 25Pa。
8.如權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述Sb8tlTe2tl靶材的純度在原子百分比99. 99%以上，所述SbSe靶材的純度在原子百分比99. 999%以上，本底真空度不大于I X KT4Pa。
9.如權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于，所述單層Sb8Je2tl薄膜和單層SbSe薄膜的厚度通過濺射時(shí)間來調(diào)控。
10.權(quán)利要求1-4任一權(quán)利要求所述Sb8Je2tZSbSe納米復(fù)合多層相變薄膜在相變存儲器中應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明涉及微電子技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種Sb80Te20/SbSe納米復(fù)合多層相變薄膜及其制備和應(yīng)用。本發(fā)明的Sb80Te20/SbSe納米復(fù)合多層相變薄膜中Sb80Te20薄膜和SbSe薄膜交替排列，其中，單層Sb80Te20薄膜的厚度為2～16nm，單層SbSe薄膜的厚度為6～20nm，所述Sb80Te20/SbSe納米復(fù)合多層相變薄膜總厚度為60～200nm。本發(fā)明材料與傳統(tǒng)的相變薄膜材料相比，具有較快的晶化速度，較好的數(shù)據(jù)保持能力，并且本發(fā)明的材料在相變前后高低電阻之比達(dá)到三個(gè)數(shù)量級以上，保證了在相應(yīng)相變存儲器中足夠的開關(guān)比，在相變存儲器領(lǐng)域具有較好的應(yīng)用前景。
文檔編號H01L45/00GK102903846SQ20121036640
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月27日
發(fā)明者沈波, 孫明成, 翟繼衛(wèi), 胡益豐 申請人:同濟(jì)大學(xué)