[发明专利]一种GaSb/Ge2

说明书

本发明公开了一种GaSb/Ge₂Sb₂Te₅类超点阵相变材料及其制备方法，GaSb/Ge₂Sb₂Te₅类超点阵相变材料为多层复合膜结构，由GaSb层和Ge₂Sb₂Te₅层交替沉积复合而成，将一层GaSb层和一层Ge₂Sb₂Te₅层作为一个交替周期，后一个交替周期的GaSb层沉积在前一个交替周期的Ge₂Sb₂Te₅层上方；本发明中GaSb/Ge₂Sb₂Te₅类超点阵相变材料设计合理，兼具单层Ge₂Sb₂Te₅层和GaSb层薄膜的优势，具有热稳定性好、功耗低和硬度高等优点。

技术领域

本发明属于相变存储器材料技术领域，涉及一种GaSb/Ge₂Sb₂Te₅类超点阵相变材料及其制备方法。

背景技术

相变存储器是近年来发展迅速的一种非易失性半导体存储器。相变存储器主要利用电能(焦耳热)使相变存储器材料在晶态(低阻)与非晶态(高阻)之间相互转换，实现信息的读取、写入和擦除。与传统的存储器相比，具有读写速度快、功耗低、循环寿命长和元件尺寸小等优点，被认为是最有可能取代目前存储器而成为未来存储器的主流产品。

相变存储器的数据记录层是一层相变材料，核心是一小片合金薄膜，传统的相变材料主要是Ge₂Sb₂Te₅(GST)合金，已经广泛应用于相变存储器和相变光盘中。随着相变存储器材料的发展，传统GST体系材料在性能上会有一些局限，例如GST薄膜在相变时有较大的密度变化和体积变化(在晶化和相变后分别增加 6.8％和8.8％)，会影响到器件的擦写速度和可靠性；熔点较高，晶态电阻较低，会引起相变存储单元的功耗较大，数据保存寿命短等问题。因此，研究和开发新型相变存储器材料，以在其相变速度、数据保持能力和可靠性等方面寻求平衡且与CMOS工艺兼容非常必要。

目前，除调整相变存储器材料的成分以外，也逐渐开始希望可以改变薄膜材料的架构，比如制备多层膜，加入过渡层或设计各向异性等。超点阵结构的相变存储器材料在数据存储领域的技术应用来自于其纳米尺度上独特的结构和特性，有助于实现多层次存储。超点阵相变存储器材料是两种不同组元的相变材料以几个纳米到十几个纳米的薄层交替生长并保持严格周期性的多层膜，通常其中一种组分相变速度快，另一种组分具有优异的稳定性。类超点阵结构在相变存储器上应用也得到了很多关注，因为类超点阵结构具有更多可控制的自由度，是一种可以同时优化多参数的相变存储器材料。相比于超点阵结构，这种结构的薄膜单层膜厚略大(十几个纳米)，循环单元更少，比如[SnSb₄(8nm)/Ge(4nm)]₄结构，或者[Sn₁₈Sb₈₂(6nm)/SnSe₂(10nm)]₄等体系。同样，类超点阵结构的相变薄膜在性能上也有很多优势，比如低导热率和快速异质结晶，其电学、光学和热力学特性都有提高的潜力。这些特性与类超点阵结构的周期特性、重复结构厚度、量子尺寸效应等都有很大的关系。

因此，对与超点阵结构和类超点阵结构的相变存储器材料来说，其微观结构与快速转变机理具有很高的研究价值，性能也有更大的提升空间，因此需要一种超点阵或类超点阵结构的相变存储器材料，代替传统单层Ge₂Sb₂Te₅相变存储器材料。

发明内容