[发明专利]一种镧系元素掺杂的ZnSb纳米相变材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种镧系元素掺杂的ZnSb纳米相变材料，其组分表达式为Ln_x(Zn_iSb_j)_y，其中x，y，i,j为原子百分比，0<x≤0.30,0.7<y≤1,x+y＝1.00，0<i≤0.20,0.80<j≤1,i+j＝1.00。本发明所提供的相变材料具有较高的相变温度，可实现稳定的长时间可逆的相变过程，且相变前后的高低电阻的差值较大，易于实现存储中需要分辨的“0”或“1”，是较为理想的相变存储材料；而且制备工艺成熟，易于实现与现有半导体技术的兼容。本发明具有较高的相变温度点，这有利于室温下的数据保存时间。本发明的相变材料具备较高的晶态和非晶态电阻，这有利于降低相应相变存储器件的功耗。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种应用于相变存储领域的镧系元素掺杂的ZnSb纳米相变薄膜材料及其制备方法。

背景技术

随着科技的发展和社会的进步，计算机在日常生活和工作中扮演越来越重要的作用。而计算机的性能越来越依赖于存储系统的特性。总所周知，传统的存储器的架构主要包含静态随机存储器(SRAM)、动态随机存储器(DRAM)和闪存(NAND FLASH)这些部分。其中，当DRAM工艺尺寸缩小至2nm及以下会产生系统稳定性、数据可靠性等问题。因此，研究和开发新一代存储器具有重要的意义。近年来，英特尔(Intel)、三星(Samsung)、国际商业机器(IBM)和意法半导体(STMicroelectronics)等公司以及很多大学和研究所均在积极开发新一代的存储材料和技术，如铁电存储器、磁存储器、和相变存储器等。其中，相变存储器(Phase Change Random Access Memory，缩写为PCRAM)具有元件尺寸小、循环寿命长(&gt;10¹³次)、读取速度快、存储密度高、稳定性强、耐高低温(-55-125℃)、抗振动、以及与现有集成电路工艺相兼容等优点，被认为是最有可能取代当今主流存储器而成为未来的主流存储器(Feng Rao等，Scinece,2017，358：1423-1427)。

PCRAM是利用电能(热量)使相变材料(PCMs)在低阻晶态与高阻非晶态产生可逆相变以实现信息的读取、写入和擦除。一般来说，作为相变存储器的数据记录层，要求相变材料在晶态和非晶态具有良好的稳定性，具有较大的非晶态/晶态电阻比、极快的相变速度、较好的化学稳定性和较低的熔点与热导率等等。目前，相变存储材料主要是硫系化合物，即至少含有一种硫系(第ⅣA族)元素的合金材料。其中，Ge₂Sb₂Te₅(GST)是公认的具有最优良性能的相变存储材料。但是GST也面临相变温度较低、成分偏析等问题。由此，科研人员基本在锗、锑和碲等几种元素中的一种、两种或三种为基体，通过掺杂或构造超晶格实现性能的改性。(Hua Zou等，CrystEngComm,2016,18:6365-6369)。ZnSb体系相变材料具有较快的相变速度，是一种具有应用潜力的相变材料。

镧系元素(别名稀土元素)是指元素周期表中第57号元素镧到71号元素镥15种元素的统称。镧系元素应用极为广泛，在工业上被称为“味精”，在农业上被用来提高农产品产量。本项专利实现了通过镧系元素的掺杂实现了ZnSb相变材料的改性。

发明内容

为解决现有技术存中GST相变温度较低的缺陷，本发明提供一种镧系元素掺杂的ZnSb纳米相变材料及其制备方法。

一种镧系元素掺杂的ZnSb纳米相变材料，其组分表达式为Ln_x(Zn_iSb_j)_y，其中x，y为原子百分比。其中0&lt;x≤0.30,0.7&lt;y≤1,x+y＝1.00，0&lt;i≤0.20,0.80&lt;j≤1,i+j＝1.00。

优选的，所选ZnSb基材料中i＝0.15,j＝0.85；