[发明专利]一种相变材料纳米线及其制备方法

说明书

本发明公开了一种相变材料纳米线及其制备方法，其制备方法包括：在绝缘纳米线的外表面负载一层相变材料，可选择在相变材料外表面再负载一层保护层，形成相变材料的限制型结构。本发明采用物理法制备相变材料纳米线，避免了化学制备法带来的各种污染，制备出的相变材料纳米线干净可靠。采用本发明制备相变材料纳米线的直径灵活可控，方法简单易实现，可用于自下而上组装相变存储器，以及相变存储器的微缩制作等。

技术领域

本发明属于纳米加工技术领域，涉及一种相变材料纳米线及其制备方法。

背景技术

随着半导体行业的快速发展，半导体工艺节点的持续缩小，半导体器件的尺寸趋向于越来越小，半导体存储芯片作为大规模集成电路的核心部件，占据了全球三分之一以上的集成电路芯片市场份额。人们需要尺寸更小的存储器来满足未来对高密度记忆存储元件的需求。但是目前广泛用于存储数据的闪存技术（非易失性存储器的一种）发展遇到了瓶颈。首先在可靠性方面，闪存的可擦次数只有10^6；在写入时间上，闪存以block为单位写入使其写数据时间为微秒量级；最重要的是在光刻极限的节点达到22nm以下时，闪存的漏电流过大，稳定性受到极大限制，使其的单元尺寸很难进一步缩小，这一点极大的限制了闪存的发展。

目前受到广泛关注的新型半导体存储技术包括3D-NANAD闪存技术，阻变存储（RRAM）技术，磁存储（MRAM）技术，铁电存储（FeRAM）技术和相变存储（PCRAM）技术。相比于其它新型半导体存储技术，以相变存储技术为基础的相变存储器具有非易失，微缩性能好，循环寿命长（擦写次数大于10^6），高速读取（纳秒量级），可多级存储等优点，被认为是最有潜力的下一代非挥发存储技术，目前已经实现了小批量的量产。

相变材料作为PCRAM的存储介质，在电场作用下借助非晶态（RESET，高电阻）和晶态（SET，低电阻）之间的可逆相变，实现逻辑‘0’和‘1’的数据存储。通过电流诱导的焦耳热，可以实现相变材料在两个阻态之间的快速转变。相变存储材料是PCRAM的核心，它的尺寸直接决定了PCRAM的尺寸大小，而且纳米量级下的相变材料有着低功耗，高速存储等性能优点，有利于集成电路进一步高度集成。因此制备纳米量级的相变存储材料是有意义且不可缺少的。

自从纳米领域的纳米线和碳纳米管问世以来，各种纳米线相继被制备出来，例如氧化硅纳米线，氧化铝纳米线等，通过纳米线来制备纳米量级的材料已经得到了广泛研究，并用于制备电子元器件，使集成电路通过自组装的方式自下而上的微缩。因此为了制备纳米量级的相变存储材料，进一步缩小PCRAM的尺寸，充分发挥PCRAM的性能优势，探索相变存储材料纳米线的制备是极其重要的。

而目前的化学法制备纳米线工艺复杂且对环境污染严重，因此探索物理法制备相变材料纳米线是有必要和意义的。

发明内容

本发明的目的是提供一种相变材料纳米线及其制备方法，该方法制备相变材料纳米线环境友好，制备的纳米线直径灵活可控，适合大规模生产，可用于自下而上组装相变存储器，以及相变存储器的微缩制作等。

实现本发明目的的具体技术方案是：

一种相变材料纳米线的制备方法，该方法是：在绝缘纳米线表面负载一层或多层相变材料，得到所述相变材料纳米线；或者在绝缘纳米线表面负载一层或多层相变材料后，再在相变材料上负载一层绝缘保护层，得到所述相变材料纳米线；其中：

所述相变材料为三元Ge₂Sb₂Te、GeSb₂Te₄、GeSb₄Te₇、二元GeTe或Sb₂Te₃；