[发明专利]碳化物复合相变存储材料及制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及相变存储材料及制备方法，尤其是指一种碳化物复合相变存储材料及制备方法，属于半导体存储器的相关领域。

背景技术

1968年Stanford R.Ovshinsky在其Physical Review Letters的文章中首先报道了在硫系化合物(Ge₁₀Si₁₂As₃₀Te₄₈)中发现了电场激发下的高低阻值之间的转变现象。然而硫系化合物真正被应用到电学存储器中也只是最近十几年的事情，这都归因于微电子行业这些年的发展，为电学存储器件的实现提供了技术前提，因为只有在微米甚至纳米尺度的情况下，硫系化合物材料相变所需要的功耗才能大大降低，其工业化才被提上日程。

20世纪90年代后，基于硫系化合物薄膜的技术得到迅猛发展，硫系化合物成功地应用于光盘(CD)、可擦写数码多功能光盘(DVD±RW)，数码多功能随机存储器(DVD-RAM)和蓝光光盘。硫系化合物能够在光盘中广泛应用，主要由于硫系化合物在不同能量的激光脉冲下能够实现非晶态与晶态的快速的可逆的变化，并且其非晶态的电阻率与晶态的电阻率有着几个数量级的差异，分别对应着数据存储中的“0”、“1”。然而相变材料能够用于相变存储器，是由于相变材料具有在不同能量的电脉冲的作用下实现非晶态与晶态的快速的可逆的变化的特性。

作为最有可能广泛应用的下一代非挥发性存储器，相变存储器有着诸多的优点：相变速度快、存储密度大、数据保持力长以及与CMOS完美兼容。然而相变存储器主体相变材料自身也存在一些缺陷，比如非晶态转变为晶体的所需时间长、晶体转变为非晶态所需电流过大。正是这些不足，阻碍了相变存储器向市场推广。世界各地的研究人员想方设法，通过在相变存储器中掺入N、O、Ag、Cu等单质来改善其性能，得到了一些很好的结果。同时，在相变材料中掺入化合物的方法也引起研究人员广泛关注，得到了一些意想不到的优异性能，掺入的化合物主要包括氮化物、硅化物、氧化物等。本发明通过在相变材料中掺入碳化物的方法，改善了相变材料某些缺点。

发明内容

本发明主要解决的技术问题在于提供一种碳化物复合相变存储材料及其制造方法，以提高相变材料的热稳定性、晶态与非晶态电阻，降低材料的Reset电流与熔化温度等。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种碳化物复合相变存储材料，由碳化物和至少一种相变材料复合而成。

其中，所述碳化物将相变材料隔离成纳米量级区域，使相变材料颗粒生长受到束缚。

所述的相变材料为硫系化合物，优选为：锗锑合金、锑碲合金或锗锑合金。所述的碳化物优选为：碳化四硼(B₄C)、二碳化三铬(Cr₃C₂)、碳化铪(HfC)、碳化二钼(Mo₂C)、碳化铌(NbC)、碳化硅(SiC)、碳化钽(TaC)、碳化钛(TiC)、碳化钨(WC)、碳化二钨(W₂C)、碳化钒(VC)、碳化锆(ZrC)中的一种或多种。

所述碳化物在碳化物复合相变材料中的摩尔百分比含量为5％-50％。

一种碳化物复合相变存储材料的制备方法是采用硫系化合物靶与碳化物靶共溅射形成碳化物复合相变存储材料。

作为本发明的优选方案，溅射体为氩气，本底真空小于10^-4Pa，溅射气压为0.21Pa～0.22pa，相变材料采用直流或射频溅射电源，碳化物采用射频溅射电源。

本发明的有益效果在于：

碳化物复合相变存储材料由相变材料与碳化物复合成，其中碳化物将相变材料隔离成纳米量级区域，相变材料生长受到束缚。碳化物与相变材料不发应，两种化合物中的元素互不成键，相变材料被碳化物所包围，当碳化物复合相变存储材料在一定的退火温度下退火时，相变材料由非晶态转变为晶态，而碳化物依然为非晶态，从而束缚了相变材料颗粒的增长，晶粒尺寸减小，晶界增多，材料的电阻率增大。

碳化物复合相变存储材料晶态与非晶态的电阻率随着碳化物掺入量的增加而升高，因此可通过增加碳化物含量的方法来增大相变材料的晶态电阻率，解决由于晶态电阻过小而导致的阈值电流过大的问题。同时，由于掺入的碳化物相对稳定，不易氧化，被碳化物包围的相变存储器中易挥发的元素如Te等由于碳化物的束缚，其抗氧化性和稳定性得到了大幅度的提升。

附图说明

图1为优选实施例中用于R-T测试的相变单元结构示意图。