[发明专利]铝掺杂相变存储薄膜材料Alx(Ge2Sb2Te5)100－x及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于相变存储材料技术领域，具体涉及一种铝掺杂相变存储薄膜材料Al_x(Ge₂Sb₂Te₅)_100-x及其制备方法。

背景技术

1968年，Ovshinsky提出了相变存储(Phase-Change Memory(PCM))的概念，他在硫族化物薄膜材料中发现了原子排布可以在有序-无序态之间转变。相变存储，也被称为Ovonic Unified Memory(OUM)，是一种基于硫族化合物材料的晶态与非晶态两相的转换来存储信息的技术。处于晶态和非晶态时，薄膜的光学性质和电学性质有着很大的差异，主要表现在反射率和电阻率的变化上。晶态和非晶态之间的可逆转变可以通过热效应来实现。

1971年，Ovshinsky等人报道了Te基合金用于可擦除相变光存储的可能性，从此研究者们便开始了对相变光存储材料的研究。

随着研究的深入，研究者们发现了一批具有可逆光存储性能的相变材料，主要是一些半导体材料，如Te基、Se基和In-Sb基合金等。其中尤以Te基合金成为一类最有发展前途的可逆相变光存储材料。二元Te基合金主要有Te-Ge、Te-Sn、Sb-Te、Te-O_x等；三元Te基合金主要是Ge-Sb-Te三元合金。Se基合金主要是Sb₂Se₃二元合金和Sb-Se-Bi三元合金。In-Sb基合金中主要是In-Ag-Sb-Te四元合金。目前研究最多的是Ge-Sb-Te三元合金和In-Ag-Sb-Te四元合金。

Ge-Sb-Te合金中，用作记录膜的一般为符合化学计量比的化合物，如Ge₁Sb₂Te₄、Ge₂Sb₂Te₅、Ge₁Sb₄Te₇，在相图上都位于GeTe和Sb₂Te₃的连线上。Ge₁Sb₂Te₄由GeTe和Sb₂Te₃组成，而Ge₂Sb₂Te₅由两份GeTe和Sb₂Te₃组成。Ge-Sb-Te相变机制为非晶相和FCC亚稳相之间变换。增加Sb₂Te₃含量能提高结晶速率。Ge-Sb-Te材料的成核时间小于晶体生长时间表明其结晶是由成核过程而不是长大过程所决定。这种材料的突出优点是写、擦速度都非常快，能用于相变光盘高速直接重写，并显著提高相变光盘的数据传输速率，是当今相变光存储材料中研究和应用最多的。

作为信息的直接载体，材料的性能是存储技术中最关键的问题。存储技术的发展依赖于对性能优良的存储材料的研究与开发。存储技术一直向着高密度、高传输速率和高稳定性发展，这对存储材料提出了越来越高的要求。基于Ge-Sb-Te系材料优越的相变特性，至今已有很多研究者对这类材料的光学性质(吸收系数、反射率等)做过许多相关研究。由于薄膜的成分以及结构直接决定了其光学性质，因此对Ge-Sb-Te系材料研究的重点在于通过掺杂不同元素或改变制备条件，调整薄膜组分和结构，研究分析其相变和光学特性，以求获得能够满足更高要求的相变存储介质。国内外许多研究发现，适量掺杂一些元素(如掺N、O、Sn等)不仅增大了反射率对比度，同时可以提高薄膜晶化温度，还使信噪比(SNR)和可擦性能显著提高，极大改善了材料存储性能。