[发明专利]可用于相变存储的相变材料及调节其相变参数的方法

说明书

技术领域

本发明属于光电子技术领域，涉及一种相变材料，尤其涉及一种用于相变存储的相变材料；同时，本发明还涉及一种调节上述相变材料相变参数的方法。

背景技术

相变存储器(PC-RAM，Phase Change-Random Access Memory)技术是基于S.R.Ovshinsky在20世纪60年代末(Phys.Rev.Lett.，21，1450～1453，1968)70年代初(Appl.Phys.Lett.，18，254～257，1971)提出的相变薄膜可以应用于相变存储介质的构建起来的，是一种价格便宜、性能稳定的存储器件，PC-RAM存储器可以做在硅晶片衬底上，其关键材料是可记录信息的相变薄膜。

相变合金材料的关键特点是当给他一个电脉冲时可以使材料在非晶态与多晶态之间发生可逆相变。处于非晶态时呈现高阻，多晶态时呈现低阻，变化幅度可达数个数量级，这样就可以作为一个相变存储器。

利用相变薄膜电阻性能的PC-RAM存储器虽然已经在较早的时期推出，但由于制备技术和工艺的限制，当时的相变材料只能在较强的电场下才能发生相变，这就限制了其实用化研制的进程。随着纳米制备技术与工艺的发展，器件中材料的尺寸(包括薄膜厚度方向和平面内的两维尺寸)可以缩小到纳米量级，使材料发生相变所需的电压大大降低、功耗减小，同时材料的性能也发生了巨大的变化。1999年，ECD公司(Energy Conversion Devices，INC)实现了相变薄膜在很低电压下的相变过程，相变后有优良的电性能，特别适用于制造存储器(SPIE，3891，2～9，1999).从此，PC-RAM存储器得到了较快的发展。

国际上有Ovonyx、Intel、Samsung、Hitachi、STMicroelectronics和BritishAerospace等公司在开展PC-RAM存储器的研究，目前正在进行技术完善和克制造型方面的研发工。

PC-RAM存储器由于具有高速读取、高循环次数，非易失性，元件尺寸小，功耗低、抗强震动和抗辐照等优点，被国际半导体工业协会认为最有可能取代目前闪存存储器二成为未来存储器主流产品和最先成为商用产品的器件。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种可用于相变存储的相变材料，具有较高的结晶温度和较好的可逆相变能力。

此外，本发明进一步提供一种调节上述相变材料相变参数的方法，可以精确调节材料的结晶温度和熔点。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种可用于相变存储的相变材料，所述相变材料为锡、锑、碲三种元素组成的存储材料。

作为本发明的一种优选方案，所述存储材料中，锡的原子百分比含量为0.1-90％。

作为本发明的一种优选方案，所述存储材料中，碲的原子百分比含量为0.1-90％。

作为本发明的一种优选方案，进一步对相变材料SnxSbTey进行掺杂，掺杂剂量原子百分含量在0-90％之间；

掺杂元素为锗、硒、磷、硫、金、银、铟、钛、钨、铝、锡、铋、镓、硼、氧、氮、氢、或稀土元素中一种，或为上述几种元素的混合掺杂。

作为本发明的一种优选方案，所述相变材料在外部能量作用下具有可逆变化。

作为本发明的一种优选方案，所述相变材料在不同状态之间的可逆转变是通过电驱动、激光脉冲驱动或电子束驱动实现的。

作为本发明的一种优选方案，在相变存储中，相变存储器的低阻态对应所述相变材料全部或部分结晶，相变存储器的高阻态对应所述相变材料的非晶态。

作为本发明的一种优选方案，脉冲电压的强度为0.001-20V，对应的脉冲宽度为0.001-1000ns。

一种调节上述相变材料结晶温度和熔点的方法，通过控制相变材料中各元素的含量，精确调节材料的结晶温度、熔点和相变速度。

本发明的有益效果在于：本发明提出的可用于相变存储的相变材料，具有反复相变的能力。

GeSbTe具有高阻和低阻两种不同阻值的状态，且高阻态与低阻态之间可以通过施加脉冲电信号实现可逆转换，满足相变存储器存储材料的基本要求，是一种新型的存储材料。