[发明专利]一种用于多级存储相变存储器的纳米多层复合相变薄膜材料及其制备和应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种微电子技术领域的材料，具体涉及一种用于多级存储相变存储器的Ge₂Sb₂Te₅/Ga₃₀Sb₇₀纳米多层复合相变薄膜材料。

背景技术

相变存储器(PCM)作为新一代非易失性存储器技术，具有高的读速读写、高可靠性、低功耗、寿命长、循环擦写次数高等优点，同时能够兼容于COMS工艺(S.Lai and T.Lowrey：IEDM Tech.Dig.，2000，p.243)。基于以上优点，PCM成为最有望取代目前普遍使用的FLASH技术，占领下一代非挥发性存储市场的存储技术。PCM是利用电流产生的焦耳热量可逆改变薄膜电阻进行编程，薄膜在高阻值时为非晶态，在低阻值时为晶态，高低电阻值分别对应着逻辑数据的“0”和“1”(S.W.Ryu等，Applied Physics Letters，92，142110，2008)。

目前PCM广泛采用的相变材料是Ge₂Sb₂Te₅薄膜，主要原因在于这种相变材料已经成功应用于相变光盘中(R.E.Simpsom等，Applied Physics Letters，92，141921，2008)，制备工艺成熟。虽然Ge₂Sb₂Te₅薄膜各方面性能均衡，没有大的缺点，但有很多值得改善的地方：第一，与绝大部分相变材料体系一样，Ge₂Sb₂Te₅薄膜只具有高、低两个电阻态对应于逻辑上的“0”和“1”，在存储密度上有较大改善空间。第二，数据保持能力有待改善，Ge₂Sb₂Te₅薄膜将数据保持10年的温度在80℃左右，在较高温度下数据保持能力会急剧下降。

发明内容

本发明的目的在于克服传统相变材料的缺点和不足，提供一种能够实现多级存储，且具有优异的数据保持能力的Ge₂Sb₂Te₅/Ga₃₀Sb₇₀纳米多层复合相变薄膜材料及其制备方法。

与传统的Ge₂Sb₂Te₅薄膜相比，本发明的Ge₂Sb₂Te₅/Ga₃₀Sb₇₀纳米多层复合薄膜则较好的解决了传统相变材料的缺点和不足。Ge₂Sb₂Te₅与Ga₃₀Sb₇₀二者的多层复合使得该材料体系存在两个相变点，即第一次相变完成后，薄膜材料由高阻态变为中间态，第二次相变完成后则由中间态变为低阻态，三个状态分别对应于逻辑上的“00”、“01”及“11”，如此能够极大的提高相变存储器件的存储密度。此外，由于Ge₂Sb₂Te₅与Ga₃₀Sb₇₀的相互影响，以及多层复合的特殊层状结构，该多层复合相变薄膜材料体系的相变温度明显高于传统的Ge₂Sb₂Te₅薄膜，同时具有较高的相变激活能，极大的提高了材料的热稳定性，使其具有了更好的数据保持能力。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的能够实现多级存储、具有高的数据保持能力的Ge₂Sb₂Te₅/Ga₃₀Sb₇₀纳米多层复合相变薄膜材料，通过射频交替溅射沉积Ge₂Sb₂Te₅层和Ga₃₀Sb₇₀层，在纳米量级复合而成。