[发明专利]一种Ge-Sb-Se纳米相变薄膜材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及微电子技术领域的材料，具体涉及一种Ge-Sb-Se纳米相变薄膜材料及其制备方法和应 用。

背景技术

相变存储器(PCRAM)是利用硫系化合物材料在晶态-非晶态之间转换从而实现信息存储的一种 新型非挥发性存储器。当相变材料处于非晶态时具有高电阻，晶态时具有低电阻，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。它具有读取速度快、稳定性强、 功耗低、存储密度高、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。

Ge₂Sb₂Te₅相变材料因其性能优异，是当前研究最多、应用最广的相变存储材料。近年来，为了实 现更高稳定性、更快相变速度的目的，越来越多的新型相变存储材料被不断开发出来。Peng等开发出 了Ge-Sb-Te相变材料，不但具有小于10ns的较快相变速度，而且在124℃高温下能够将数据保持10 年时间，具有较好的热稳定性(具体内容详见2011年第4期第99卷AppliedPhysicsLetters第043105-1 至043105-3页)。Lu等开发出了具有超长数据保持能力的Ga₁₄Sb₈₆合金，其10年数据保持温度达到 162℃，可用于高温环境下的数据存储(具体内容详见2011年第6期第109卷JournGeOfAppliedPhysics 第064503-1至064503-3页)。另外，Si-Sb-Te、In-Te、Cu-Sb-Te等相变材料也得到了研究，具有较好 的存储性能。

传统的Ge₂Sb₂Te₅相变材料中含有Te元素，Te材料熔点低、易挥发，而且具有毒性，容易污染 半导体行业的生产线，对人体和环境也存在不良影响，这些都阻碍了PCRAM的产业化推进。

发明内容

本发明的目的是针对现有传统的Ge₂Sb₂Te₅相变材料的缺陷，提供不含有Te元素、具有超高的热 稳定性、较低的功耗和较快的相变速度的Ge-Sb-Se相变存储材料，并提供上述材料的制备方法和应用。

本发明第一方面提供一种Ge-Sb-Se纳米相变薄膜材料，所述Ge-Sb-Se纳米相变薄膜材料是由锗、 锑、硒三种元素组成。

优选的，所述Ge-Sb-Se纳米相变薄膜材料的化学通式为：Ge_xSb_(100-x)/2Se_(100-x)/2，其中10<x<30。

本发明所提供的Ge-Sb-Se纳米相变薄膜材料可根据需要制备成各种厚度的相变材料，并不局限于 纳米相变薄膜材料。

优选的，所述Ge-Sb-Se纳米相变薄膜材料的厚度为98～102nm。

本发明第二方面提供一种Ge-Sb-Se纳米相变薄膜材料的制备方法，所述制备方法选自磁控溅射 法、化学气相沉积(CVD)等本领域技术人员熟知的相变薄膜材料的制备方法。

优选的，所述制备方法选自磁控溅射法。

优选的，所述磁控溅射法的具体方法为：靶材为Ge_xSb_(100-x)/2Se_(100-x)/2复合靶，10<x<30，即在 Sb₅₀Se₅₀靶中心叠放Ge片，溅射气体为高纯Ar气，本底真空度小于1×10^-4Pa，溅射功率为15～25W。

优选的，所述溅射功率为20W。

优选的，所用的衬底为SiO₂/Si(100)基片。

较佳的，所述Ar气的纯度为体积百分比99.999％以上，气体流量为25-35sccm，溅射气压为0.15～ 0.25Pa；

优选的，所述Ar气的气体流量为30sccm，溅射气压为0.2Pa。

优选的，所述Sb₅₀Se₅₀靶的原子百分比纯度大于99.999％，所述Ge片的原子百分比纯度大于 99.999％，形状为圆形。