[发明专利]一种高度织构取向相变存储材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种高度织构取向相变存储材料及其制备方法，所述相变存储材料包括范德瓦尔斯结构缓冲层和氮硫化合物‑GeTe超晶格结构；所述超晶格结构沿垂直于衬底表面的方向层状生长。本发明用高通量的制备方法实现了具有连续组分分布且具有高度织构取向的氮硫化合物相变材料，相变存储材料具有高度的织构取向，这有助于设计具有界面无序化特征的低功耗、高性能相变存储器单元，有望用于高速、高循环擦写次数和低功耗的非易失性存储器件。

技术领域

本发明属于微电子集成电路领域，特别涉及一种高度织构取向相变存储材料及其制备方法。

背景技术

相变存储器是基于硫系化合物材料非晶态和晶态之间的可逆结构转变。通过利用焦耳热或光学加热，结构变化使硫系化合物的光学性质和电学性质形成显著对比使其适合于非易失性数据存储和可调谐光子学应用。但是面临着物联网、无线网络等设备产生和传输的数据越来越庞大。目前的存储技术面临着处理海量数据的存储、传输和访问的重大挑战。相变存储器也由于其自身的限制面临一些技术上的困难，例如相变存储器需要较高的开关能量，需要高复位电流才能将相变存储器存储单元熔化淬火为高电阻非晶态硫系化合物材料来完成开关的转换，这限制了相变存储器的发展。

在过去的十年中，界面超晶格相变存储器(iPCMs)作为一种能源效率更高的替代品出现，取代了传统的熔融淬火相变存储器。与伪二元GeTe-Sb₂Te₃合金中普遍存在的非晶化熔融过程相比，界面超晶格相变存储器在不需要超晶格的完全无序化的情况下便可以完成开关的转换。这减少了熵的变化，降低了开关转换所需的能量。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高度织构取向相变存储材料及其制备方法，解决了现有技术中相变存储器开关能量转换较高的现状。

本发明提供了一种高度织构取向相变存储材料，所述相变存储材料包括范德瓦尔斯结构缓冲层和氮硫化合物-GeTe超晶格结构；所述超晶格结构沿垂直于衬底表面的方向层状生长。

所述范德瓦尔斯结构缓冲层材料为Sb₂Te₃。

所述氮硫化合物-GeTe超晶格结构通过氮硫化合物与GeTe交替堆叠形成。

所述氮硫化合物为Bi₂Ch₃，Ch代表硫系元素。Bi₂Ch₃是具有R3m空间组的菱形结构晶体，其五层原子沿着垂直于衬底表面方向的c轴周期性堆叠。超晶格中最后一层薄膜为Bi₂Ch₃，防止GeTe的氧化。

所述衬底为硅衬底、锗衬底、氮化镓衬底、碳化硅衬底或蓝宝石衬底。

本发明还提供了一种高度织构取向相变存储材料的制备方法，包括：

在氩气环境下，使用磁控溅射法，首先在衬底上沉积范德瓦尔斯结构缓冲层；随后依次将氮硫化合物和GeTe沉积在缓冲层上形成超晶格结构，在真空中冷却至室温。

在沉积缓冲层之前，用氩等离子体蚀刻去除衬底的自然氧化层。

所述磁控溅射法的工艺参数为：溅射背景真空度优于2×10^-5-5×10^-5Pa，反应腔温度为300℃，溅射气压为0.4-0.5Pa，溅射功率为10-50w。

本发明还提供了一种高度织构取向相变存储材料在非易失性存储器件中的应用。

有益效果