[发明专利]一种环境友好型Zn-Sb相变存储薄膜材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及相变材料技术领域，尤其是涉及一种环境友好型Zn-Sb相变存储薄膜材料及其制备方法。

背景技术

相变随机存储器（PRAM），又名奥弗辛斯基电效应统一存储器，是基于美国人Ovshinsky在20世纪60年代末提出的奥弗辛斯基电效应的存储器，该类存储器的存储介质多以硫系化合物为主，其利用电热或光热诱导，具有从非晶态到晶态的可逆相转变过程，期间伴随的巨大的电阻或折射率差足以满足存储器应用的要求。在PRAM研发中，作为存储媒介的相变材料是脉冲编码调制（PCM）的核心，其性能优化对提升PRAM器件性能至关重要。应用于PRAM的主流相变材料Te基的硫系相变薄膜材料已经得到了充分的研究，如Ge-Te，Sb-Te，Ge-Sb-Te等。根据Ge-Sb-Te三元相图，在其中的GeTe-Sb₂Te₃伪二元链上，尤其是Ge₂Sb₂Te₅（GST）表现出良好的电学和结构性质。然而其中还有几个关键的问题需要解决：其一，其较高熔点（约620℃）和较低的结晶电阻，引起能耗较大；其二，较低的结晶温度（约160℃）和析晶活化能（2.98eV）导致了其较差的十年数据保持力；其三，其中含有的Te元素易挥发，这会导致材料成分偏析从而影响器件可靠性，并且挥发的Te元素会污染生产线及危害人类健康。

因此，人们对无Te的环境友好型相变材料，如Ge-Sb，Si-Sb，Ga-Sb，Al-Sb，Mg-Sb，Sn-Sb，In-Sb等开展了充分地研究。研究结果都揭示这些材料具有快速的相转换速度，这可能是因为他们的结晶机制是生长型占主导地位的。同时这些材料还具备良好的数据储存能力。然而，这些材料还是存在一些缺点。比如，Ga-Sb薄膜的熔点温度较高而且非晶态和晶态的电阻比值也小，这会导致较大能量的消耗和较差的开关比。而Mg-Sb薄膜的结晶温度较低并且容易发生相分离，这些会导致较差的热稳定性和较短的数据保存时间。因此，不断发展应用新型相变材料使得相变随机存储器（PRAM）的优越性得到最大限度的发挥仍需要我们进一步深入的探讨研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于相变存储器的环境友好型Zn-Sb相变存储薄膜材料及其制备方法，该材料具有较高的结晶温度，较快的相转变速度和较大的开关比，较好的数据保持力，并能在较高温度下稳定地工作，此外还具有较大的晶态电阻和较低的熔点有利于减小功耗；其组分可控性强，制备方法成本低，且对半导体生产线无污染，易于大规模产业化。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种环境友好型Zn-Sb相变存储薄膜材料，该材料是由锌，锑两种元素组成的混合物。

所述的Zn-Sb薄膜材料的化学结构式为Zn_xSb_（100-x）（0<x<60）。

所述的Zn-Sb薄膜材料采用ZnSb合金靶和Sb单质靶或者ZnSb合金靶和Zn单质靶共溅射形成。

所述的Zn-Sb薄膜材料的化学结构式优选为Zn_46.5Sb_53.5。

所述的Zn-Sb薄膜材料的化学结构式优选为Zn_49.3Sb_50.7。

一种环境友好型Zn-Sb相变存储薄膜材料的制备方法，具体包括以下步骤：

（1）在磁控溅射镀膜系统（JGP-450型）中，采用石英片或氧化硅片为衬底，将单质Sb或Zn靶材安装在磁控直流溅射靶中，将ZnSb合金靶材安装在磁控射频溅射靶中；

（2）将磁控溅射镀膜系统的溅射腔室进行抽真空直至腔内真空度达到2.0×10^-4Pa，然后向溅射腔室内通入体积流量为50ml/min的高纯氩气直至溅射腔室内气压达到溅射所需溅射气压0.35Pa；

（3）然后控制合金ZnSb靶的溅射功率为20-50W，单质Sb或Zn靶材的溅射功率为0-40W，于室温下溅射镀膜，溅射5min后即得到沉积态的Zn-Sb相变存储薄膜材料，其化学结构式为Zn_xSb_（100-x），其中0<x<60。