[发明专利]一种用于高速高密度相变存储器的多层纳米复合薄膜材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微电子技术领域的材料，具体涉及一种用于高速高密度相变存储器的SbSe/Ga₃₀Sb₇₀多层纳米复合薄膜材料。

背景技术

相变存储器（PCRAM）是利用材料晶态-非晶态转换从而实现信息存储的一种新型非挥发性存储器。该种相变材料在晶态具有低电阻、非晶态具有高电阻，利用高低电阻之间的差异作为信息存储的不同存储态。利用电脉冲产生的焦耳热实现高阻态与低阻态之间的重复转换，达到信息存储的目的。它具有存储密度高、功耗低、读取速度快、稳定性强、与传统的CMOS工艺兼容等优点，因而受到越来越多的研究者的关注（Peng,C.等，Applied Physics Letter,99,043105，2011)。

Ge₂Sb₂Te₅是目前研究最多的相变存储材料，具有较好的综合性能。虽然没有太大的缺点，但是存在很多有待改善和提高的地方（Seo,Jae-Hee等，Journal of Applied Physics,108,064515，2010）。比如，Ge₂Sb₂Te₅薄膜只有高、低两个电阻态，对应逻辑上的“0”和“1”，在存储密度上有提高的空间；其次，Ge₂Sb₂Te₅薄膜的相变时间约为20ns左右，还不能完全满足未来高速存储的要求，因此其相变速度有待提升。与传统的Ge₂Sb₂Te₅相变材料相比，Sb富余的相变材料具有较快的晶化速度，使其具有成为超高速PCRAM用相变材料的巨大潜力(Lu,Yegang等，Journal of Applied Physics,109,064503,2011)。此外，还可以采用两种相变材料进行多层复合，利用不同材料的晶化温度不同，实现多级相变，从而提高存储密度（Gyanathan,A.等，Journal of Applied Physics，110，124517，2011）。

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，且具有较快相变速度的SbSe/Ga₃₀Sb₇₀多层复合相变薄膜材料及其制备方法。

单一的SbSe、Ga₃₀Sb₇₀相变材料只具有非晶态和晶态两个用于存储的电阻态。本发明的SbSe/Ga₃₀Sb₇₀多层复合薄膜体系存在两个相变点，即第一次相变完成后，薄膜体系的电阻由高阻态变为中间电阻态，第二次相变完成后则由中间态变为低电阻态，三个电阻态分别对应逻辑上的“00”、“01”及“11”，如此能够在传统两个电阻态的基础上增加了一个中间电阻态，可以极大的提高相变存储器的存储密度。此外，由于参与复合的两种相变材料均为富Sb材料，具有较快的相变速度，进行多层复合以后，由于多界面的存在，降低了材料体系的整体热导率，提高了加热效率，因此相比于单层薄膜具有更快的相变速度。

为实现上述目的，本发明提供一种用于高速高密度相变存储器的多层纳米复合薄膜材料，所述的多层纳米复合薄膜材料为SbSe/Ga₃₀Sb₇₀多层复合薄膜，其结构符合下列通式：[SbSe(a)/Ga₃₀Sb₇₀(b)]_x,式中a、b分别表示所述的单层SbSe和单层Ga₃₀Sb₇₀薄膜的厚度，1≤a≤50nm，1≤b≤50nm，x表示单层SbSe和单层Ga₃₀Sb₇₀薄膜的交替周期数或者交替层数，且x=1,2，3或者4。

所述的一种用于高速高密度相变存储器的多层纳米复合薄膜材料，其单层SbSe和单层Ga₃₀Sb₇₀薄膜交替排列成多层膜结构，且单层SbSe膜的厚度范围为1~50nm，单层Ga₃₀Sb₇₀膜的厚度范围为1~50nm。