[发明专利]一种纳米复合TiO2‑Sb2Te相变存储薄膜材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及相变存储材料技术领域，尤其是涉及一种纳米复合TiO₂-Sb₂Te相变存储薄膜材料及其制备方法。

背景技术

相变存储器（PRAM）是以材料的反射率/电阻率在外加光/电脉冲作用下可在非晶态和晶态之间实现可逆转变从而实现信息存储的技术。其具有尺寸等比例缩小的能力，已证实~1.1nm尺寸的相变材料仍能实现信息的存储。此外，PRAM与现有的集成电路半导体工艺（CMOS）兼容，并且具有循环寿命长(大于10¹²)、读/写速度快(20 ns/10 ns)、受环境影响小等优点，因此，受到了极大关注。

降低功耗是目前PRAM应用研究的关键。主要手段是从材料优化入手，寻找一种高晶态电阻的相变材料，提高发热效率，从而降低功耗。就单一结构材料而言，Sb-Te或GST等材料在结晶过程中晶粒生长不可控，晶态电阻普遍较低。采用非晶-多晶纳米复合手段（J. Feng等，J. Appl. Phys. 101, 074502(2007)），在Sb₂Te₃材料中掺入Si后，形成了纳米非晶Si-晶相Sb₂Te₃复合结构，薄膜晶粒尺寸从~40nm降为~10nm，晶态电阻增加~2倍。但是该方法存在隐患，非晶 Si 与多晶 SbTe的均匀分布将成为工艺瓶颈，组分一致性控制将十分困难。

纳米复合相变材料是一种新型的相变材料，其特点在于通过将相变材料与介质材料在纳米尺度下均匀复合，有效地将相变材料隔离成纳米尺寸的区域。由于小尺寸效应和介质材料包裹作用细化了晶粒颗粒，增加了晶界，减小材料的热导率，提高加热效率进而降低器件的功耗。目前已经报道的有SiO₂（介电常数3.8-5.4）与GST复合，形成均匀的20nm左右尺度的相变区域，富GST相变区域被富SiO₂区域均匀分隔开来（T.Y. Lee, Appl. Phys. Lett. 2006, 89(16):163503；S.W. Ryu, Nanotechnology 2011, 22(25):254005）。此外，还有HfO₂(16-45)与GST相变材料复合(S.Song等，Appl. Phys. A. 2010, 99(4):767-770)。但是由于引入的介质材料介电常数较小，复合后往往存在较低的载流子迁移率以及阈值电压较高。因此需要寻找一种高介电常数的介质材料改善复合材料的性能以提高晶态电阻。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结晶温度高、晶化速度快、粗糙度低、晶态电阻高且可逆相变的纳米复合TiO₂-Sb₂Te相变存储薄膜材料及其制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种纳米复合TiO₂-Sb₂Te相变存储薄膜材料，所述的相变存储薄膜材料为介质材料TiO₂与相变材料Sb₂Te的复合物，其化学结构式为(TiO₂)_x(Sb₂Te)_100-x，其中0<x<10。

所述的相变存储薄膜材料化学结构式为(TiO₂)_5.3(Sb₂Te)_94.7。

所述的相变存储薄膜材料由TiO₂陶瓷靶和Sb₂Te合金靶在磁控溅射镀膜系统中通过双靶共溅射获得。

所述的相变存储薄膜材料中相变材料Sb₂Te呈纳米级颗粒均匀分散在介质材料TiO₂中。