[发明专利]用于相变存储器的Al-Sb-Te系列相变材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种微电子技术领域的相变薄膜材料及制备方法，更确切的说是一种由铝-锑-碲的混合物组成的相变薄膜材料及制备方法。

背景技术

在半导体市场中，存储器占有重要席位，仅DRAM和FLASH两种就占了整个市场的15％，随着便携式电子设备的逐步普及，非挥发性存储器的市场将会不断扩大，消费者们对存储器容量、速度等各方面的要求也会逐渐升高，而作为非挥发性存储器的主流存储器，FLASH技术的发展已经达到瓶颈，随着集成电路的不断发展，FLASH的技术弱点开始变得突出。写入速度慢，写入电压高、循环次数有限等缺点直接限制了其进一步应用。所以急需要一种新的存储技术来代替，使得存储技术能都继续稳步地朝着小尺寸方向发展。

相变存储技术是近几年才兴起的一种新概念存储技术，它利用相变薄膜材料作为存储介质来实现数据存储，具有广阔的应用前景，是目前存储器研究的一个热点，被认为最有希望成为下一代主流存储器。相变薄膜材料大都含有硫族元素，故而又称为硫系化合物随即存储器。被认为是兼具高速、高密度、低功耗、高可靠性、低成本等诸多性能的半导体存储器。硫系化合物随机存储器的存储功能是靠相变材料在外部能量作用下产生非晶与多晶之间的可逆相变来实现的，硫系化合物在非晶态时是高阻，在多晶态时是低阻态，相变就是利用高低电阻态之间的电阻差来实现“0”和“1”的存储的。

在相变存储器中，Ge₂Sb₂Te₅是典型的相变材料，但在应用当中发现，Ge₂Sb₂Te₅材料在相变时有较大的密度变化，结晶速度不佳，一般为几百ns，这会影响到擦写速度和器件可靠性，另外其结晶温度较低，为160℃左右，这使得其在高温下应用存在困难。可见，Ge₂Sb₂Te₅并不是最优秀的相变材料，特别是征对某些特定环境要求的应用。

综上所述，研究开发新的相变材料使器件同时具有操作速度快、高可靠性、高密度、热稳定性强、低成本等多种优点或者在单方面应用上具有突出性能，成为目前急需解决的问题。

发明内容

本发明主要解决的技术问题在于提供一种用于相变存储器的Al-Sb-Te系列相变材料及其制备方法，该材料热稳定性好、结晶速度快、低功耗、与COMS工艺兼容。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种用于相变存储器的Al-Sb-Te系列相变材料，是一种由铝、锑、碲三种元素组成的混合物。

优选地，该相变材料的通式为Al_x(Sb_yTe₁)_1-x，其中0＜x≤0.85，0.67≤y≤7。

优选地，该相变材料中的铝、锑、碲三种元素两两成键，组成三元体系。

优选地，该相变材料中的铝元素和锑元素之间成键，形成AlSb半导体。

优选地，该相变材料采用电脉冲作用实现电阻率的可逆转变。

本发明还提供了一种上述用于相变存储器的Al-Sb-Te系列相变材料的制备方法：采用磁控溅射制备Al_x(Sb_yTe₁)_1-x相变材料，其中0＜x≤0.85，0.67≤y≤7。

优选地，在磁控溅射中采用多靶共溅射的方法；例如，采用Al靶和Sb-Te合金靶共溅射，或者用Al靶、Sb靶和Te靶三靶共溅射；当然还可以直接用做好的Al-Sb-Te合金靶单靶溅射。

本发明的有益效果在于：

本发明所提供的Al-Sb-Te系列相变材料可以通过外部电脉冲来实现高低阻态的可逆相变，利用前后阻值差异实现存储功能。其作为存储材料在电脉冲的作用下可逆相变前后有明显的高低阻态之分，差值较大，便于外部电路轻松地分辨“0”或“1”，是较为理想的相变存储材料。

该Al-Sb-Te系列相变材料没有固定任何两种元素的比例，可调性非常强，有利于找到各方面性能优良的相变材料组分。通过调节三种元素的含量可以得到不同结晶温度、熔点和结晶激活能的存储材料；可以使材料相变前后电阻差值大幅度提高。其中，铝、锑、碲三种元素能够两两成键，组成三元体系，并且具有统一的结晶温度点。Al元素和Sb元素之间可以形成AlSb半导体，加强了材料的热稳定性，有助于提高激活能和数据保持力。可见，该材料在相变前后具有较小的体积变化，相变时有较快的结晶速度，而且具有较好的数据保持力，能够在高温下较稳定地工作。