[发明专利]锌铋碲异质相变纳米线材料及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及锌铋碲异质相变纳米线材料及其制备方法和应用，该材料为内外两层结构，外层由ZnBi₂Te₃纳米片或纳米棒堆叠组成，内层由Zn纳米线组成，其制备方法的特点为利用固液气(VLS)方法，将Zn粉放置在Bi₂Te₃粉的前端，使之先形成Zn纳米线，然后在Zn纳米线上生长出ZnBi₂Te₃纳米片或纳米棒，从而整体形成Zn/ZnBi₂Te₃异质结构纳米线。与现有技术相比，本发明可以作为高热稳定性，低PCRAM的操作功耗的相变存储器关键材料。

技术领域

本发明涉及微电子技术领域材料，尤其是涉及一种锌铋碲异质相变纳米线材料及其制备方法和应用。

背景技术

进入二十一世纪以来，信息呈现海量化、数字化和网络化的爆炸式增长，信息化水平已经成为衡量一个国家和地区现代化发展水平的重要标志。信息化是推动城市化、工业化的核心驱动力，而集成电路芯片是信息化的基石。近年来，半导体存储器的市场份额逐年增加，已经占据整个集成电路的四分之一左右。半导体存储器包括易失性存储器和非易失性存储器。易失性存储器是指电源关闭后不能保留所存数据的存储器，如动态随机存储器(Dynamic Random Access Memory，缩写为DRAM)和静态随机存储器(Static RandomAccess Memory，缩写为SRAM)。DRAM是以一个电容和一个晶体管排成二维矩阵，主要依靠电容内存储电荷的多少来作为数据存储的逻辑态。由于电容的漏电现象，导致电容的电位差不足而使记忆消失，因此DRAM需要定时刷新以给电容器充电，被称为“动态”存储器，其优点是结构简单，存储密度非常高，缺点是访问速度较慢，耗电量较大。SRAM利用晶体管来存储数据，每一位通常需要六个晶体管，但是一次可以读取记忆单元内的所有数值，与DRAM相比，SRAM的速度较快，但在相同面积中SRAM的容量要比DRAM小。非易失性存储器是指当电流关掉后，所存储的数据不会消失的数据存储器，主要包括闪存存储器(FLASH)、铁电存储器(Ferroelectric Random Access Memory，缩写为FeRAM)、磁随机存储器(Magnetic RandomAccess Memory，缩写为MRAM)、电阻随机存储器(Resistance Random Access Memory，缩写为RRAM)和相变存储器(Phase Change Random Access Memory，缩写为PCRAM)。半导体存储器主要以速度、功耗、价格、循环寿命和非挥发性等指标衡量其水平，目前，还没有一种理想的半导体存储器使其存储性能既具有DRAM的高密度低成本、SRAM的高速度、闪存的数据非挥发性，同时又具有可靠性高、操作电压低、功耗小等优点。相变存储器(Phase ChangeRandom Access Memory，缩写为PCRAM)。在各种新型存储器中，已经被公认为是下一代最有希望的存储器之一。

现在越来越多的人意识到，减小PCM的体积对减小RESET所需的电流至关重要，这样能够减少功耗，从而提高存储器的存储速度。使用一维纳米结构，如纳米线(NanoLett.2013,13,543-549)，能够自上而下的提高器件的性能。由于其独特的一维几何形状，电流和局部热效应非常集中。研究表明，部分纳米线材料能在低功耗的条件下，实现纳秒级别的相转变，这样也证明了纳米线是一种有前景的数据存储器件。Bi₂Te₃纳米线具有较好的热电性能，在相变存储器中应用，其具有较低的功耗和较高的热稳定性，但是其在脉冲电压下的RESET电压较高(Adv.Mater.2011,23,1871–1875)。