[发明专利]二元和三元金属硫属化物材料及其制造和使用方法

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2008年5月8日提交的序列号为61/051,403的美国临时专利申请的优先权。 

技术领域

本发明涉及二元和三元金属硫属化物材料及其制造和使用方法。

背景技术

二元、三元和四元金属硫属化物已经作为相变和光电(photovaltaic)材料使用。 

相变材料依据温度以结晶态或非晶态存在。相变材料在结晶态比在非晶态具有更有序的原子排列和更低的电阻率。相变材料依据操作温度能够可逆地从结晶态转变为非晶态。这些特性，即可逆的相态转变(phase change)和不同的状态具有不同的电阻率，可以应用于新提出的电子设备，新型的非易失性存储器设备(nonvolatile memory device)，相变随机存取存储器(phase-changerandom access memory)(PRAM)设备。PRAM的电阻率会依据其中包含的相变材料的状态(例如，结晶、非晶等)变化而变化。 

在用于存储器设备的各种类型的相变材料中，最通常使用的是第14和第15族元素的三元硫属化物，例如锗-锑-碲化合物(Ge₂Sb₂Te₅)，或通常缩写为GST。固相的GST在加热和冷却循环之后能够迅速地从结晶态转变为非晶态，或反之亦然。非晶态的GST具有相对较高的电阻率而结晶态的GST具有相对较低的电阻率。 

现有技术包括使用冶金方法制造块状(bulk)的金属硫属化物相变材料和使用物理气相沉积(PVD)、化学气相沉积(CVD)或者原子层沉积(ALD)方法来制造薄膜材料。本领域的文献的实例列举如下。 

Berger，H.和Goetze，U.在Inorg.Nucl.Chem.Lett.1967，3，549-552中公开了二甲硅烷基碲化物的合成。Detty，Michael R.；Seidler，Mark D.在Journal of OrganicChemistry(1982)，47(7)，1354-6中公开了二(三烷基甲硅烷基)硫属化物的合成。 Dickson，R.S.，Heazle，K.D.在J.Organometal.Chem.，493(1995)189-197中公开了一些Sb-Te单源化合物在MOCVD中应用的评价。Choi，B.J.等在J.Electrochemical Soc.，154H318-H324(2007)中公开了使用金属有机前体的循环PECVD方法沉积Ge₂Sb₂Te₅膜。Jung-Hyun Lee等在US20060172083 A1中公开了由氨基锗烷、氨基 (aminostilbine)和二烷基碲制备GST膜；在US20060180811中公开了用于GST膜的碲前体；和在US 20060049447中公开了用于GST膜的锑前体。Duncan W.Rown等在US 5312983中公开了在CVD方法中使用氟化烷基碲化合物的有机金属碲化合物的应用。Moungi G.Bawendi等在US 7060243 B2中公开了采用注射前体到热配位溶剂(hot coordinating solvent)中，随后控制生长和退火的方法制备的含碲纳米晶体材料。 

设计PRAM单元的一个技术障碍是为了克服在GST材料从结晶态向非晶态转变期间的热耗散，必须施加高水平的重置电流。但通过限制GST材料进入接触插件(contact plug)可以显著地减少这种热耗散，从而减小操作所需的重置电流。因为GST接触插件具有高的长径比(aspect ratio)结构，因此，用于GST膜沉积的传统溅射方法不能够实现高保形性(conformality)。这推动了对通过化学气相沉积(CVD)或原子层沉积(ALD)方法制备GST膜的前体和相关的制造方法或工艺的需求，这些能够制备高保形性和化学组成均匀的膜。 

类似的，需要用于例如太阳能电池应用的由光电(PV)材料制成的薄膜。光电(PV)设备吸收光并产生电。光的吸收和电荷的分离发生在PV设备的活性材料中。开发有效和低成本的光电设备是直接将太阳能转换成电能的重要效用的关键。晶体硅是公知的用于光电设备的半导体之一，并被广泛应用。其它有用的材料是非晶硅(a-Si)、铜铟硒化物(CIS)、铜镓硒化物(Copper GalliumDelenide)(CGS)、多晶铜铟镓硒化物(CIGS)、碲化镉(CdTe)和有机材料薄膜。有用的元素是镉、碲、铟、镓、硒、锗和钌。 

发明内容