[发明专利]一种Sb80Te20/SbSe纳米复合多层相变薄膜及其制备和应用

说明书

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，具体涉及一种Sb₈₀Te₂₀/SbSe纳米复合多层相变薄膜及其制备和应用。

背景技术

相变存储器（Phase Change Memory，PCM）作为一种新兴的非挥发存储技术，其具有循环寿命长（>10¹³次）、元件尺寸小、功耗低、可多级存储、高速读取、耐高低温（-55—125℃）、抗振动、以及与现有集成电路工艺相兼容等优点（S.Lai and T.Lowrey:IEDM Tech.Dig.,2000,p.243），被国际半导体工业协会认为是最有可能取代目前的闪存而成为未来存储器主流产品和最先成为商用产品的下一代半导体存储器件。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）。

相变存储器的操作速度主要受限于薄膜的晶化过程，因此加快薄膜的相变速度才能提高相变存储器的操作速度。由于生长占主导的结晶过程，Sb-Te合金材料具有比传统的Ge₂Sb₂Te₅相变材料更快的结晶速度。随着存储单元和接触面积的减小，Sb-Te合金的结晶速度将会变的更快，合金中Sb含量增加时其结晶速度也会进一步加快。因此Sb₈₀Te₂₀具有较快的结晶速度，但Sb₈₀Te₂₀的结晶温度较低，非晶态热稳定性较差，难以直接应用于相变存储器中。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种能够加快相变存储器操作速度的Sb₈₀Te₂₀/SbSe纳米复合多层相变薄膜及其制备方法。

本发明首先公开了一种Sb₈₀Te₂₀/SbSe纳米复合多层相变薄膜，所述Sb₈₀Te₂₀/SbSe纳米复合多层相变薄膜中Sb₈₀Te₂₀薄膜和SbSe薄膜交替排列，其中，单层Sb₈₀Te₂₀薄膜的厚度为2～16nm，单层SbSe薄膜的厚度为6～20nm，所述Sb₈₀Te₂₀/SbSe纳米复合多层相变薄膜总厚度为60～200nm。

本发明所述Sb₈₀Te₂₀表示该薄膜材料中Sb和Te的原子比为80：20；SbSe表示该薄膜材料中Sb和Se的原子比为1：1。

较优的，所述Sb₈₀Te₂₀/SbSe纳米复合多层相变薄膜的化学组成为[Sb₈₀Te₂₀(a)/SbSe(b)]_x(N)，其中，a、b分别表示单层Sb₈₀Te₂₀薄膜和单层SbSe薄膜的厚度，2≤a≤16nm，6≤b≤20nm；N为所述Sb₈₀Te₂₀/SbSe纳米复合多层相变薄膜材料的厚度，60≤N≤200nm；x为Sb₈₀Te₂₀/SbSe复合膜的周期数，x为正整数并且x=N/（a+b）。

更优的，所述Sb₈₀Te₂₀/SbSe纳米复合多层相变薄膜中60≤N≤198nm；更优的，N为100nm。

更优的，所述Sb₈₀Te₂₀/SbSe纳米复合多层相变薄膜中a≤0.8b。

最优的，所述Sb₈₀Te₂₀/SbSe纳米复合多层相变薄膜中a：b为4：10。

本发明所述Sb₈₀Te₂₀/SbSe纳米多层复合相变薄膜具有比SbSe薄膜更快的晶化速度。所述Sb₈₀Te₂₀/SbSe纳米多层复合相变薄膜相变前后的高低电阻比值不小于三个数量级。