[发明专利]一种相变存储材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于存储材料领域，涉及一种相变存储材料及其制备方法。

背景技术

相变存储器的研究是目前存储器研究的热点，具有广阔的市场前景。现有的相变存储器大致分为两类，一类是已经商业化的多媒体数据光盘(DVD)，另一类是正处于研究中的硫系化合物随机存储器(Chalcogenide random access memory，C-RAM)。C-RAM集高速、高密度、结构简单、成本低廉、抗辐照、非易失性等优点于一身，是目前被广泛看好的下一代存储器的有力竞争者，它将替代目前广泛使用的闪存在电子存储器领域占据重要一席，故它的研究开发受到了全球各大半导体公司的关注。

在C-RAM的研发过程中，作为存储器媒介的相变材料是提高C-RAM器件性能的关键之一。目前在C-RAM中研究和使用较多的相变存储材料是锗锑碲合金(Ge-Sb-Te)，特别是Ge₂Sb₂Te₅，该材料是利用可逆相变前后电阻的差异实现数据存储的。虽然Ge₂Sb₂Te₅在热稳定性、读写速度上有着比较突出的性能，但是同样面临着严峻的问题：首先，材料的结晶温度较低(约为165℃左右)，虽然基于Ge₂Sb₂Te₅的存储器数据能够在110℃下保持10年，但是存储器在高温时依然面临着数据丢失的危险；其次，材料中的碲对人体和环境有着负面的影响，并不环保；此外，由于碲元素的低熔点、低蒸汽压，容易在高温制备过程中产生挥发，它对半导体工艺的污染问题目前也属于未知数，对半导体生产线有一定威胁，所以极大限制和阻碍了含碲相变存储器的开发和研究；最后，Ge-Sb-Te材料是三种元素的合金，各种元素都具有不同的化学和物理性能，给微细加工等后续工艺带来不便。

综上所述，目前相变存储器使用的相变材料还有一些需要改进的地方，特别是材料中的碲如果能被取代或者去除，那将对相变存储器的发展提供一个新的机遇。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种相变存储材料，该相变存储材料不含有毒元素；

此外，本发明还提供一种相变材料的制备方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。

一种相变存储材料，包括铝锑二元材料，所述铝锑二元材料的组成式为Al_xSb_1-x，其中0＜x＜1。

作为本发明的一种优选方案，所述相变存储材料还包括对铝锑二元材料进行掺杂的掺杂材料，所述掺杂材料为氧、氮、硼、硅、锗中的一种或多种。

作为本发明的另一种优选方案，所述相变存储材料中的铝材料的原子百分比为1％～20％。

一种相变存储材料的制备方法，包括以下步骤：

步骤一，制备好Al靶和Sb靶；

步骤二，采用双靶磁控共溅射的方法对Al靶和Sb靶进行共溅射，在共溅射得同时通入Ar气；具体的工艺参数如下：Al靶采用射频功率电源；Sb靶采用直流电源，溅射气压为0.26Pa。

作为本发明的一种优选方案，所述Al靶和Sb靶的原子百分比纯度均为99.999％，直径均为75mm，厚度均为5mm。

作为本发明的另一种优选方案，所述Ar气的纯度为99.999％。

作为本发明的再一种优选方案，Al靶采用的射频功率电源的射频功率为20W，Sb靶采用的直流电源的直流功率为25W，薄膜组分为Al_0.2Sb_0.98。

作为本发明的再一种优选方案，Al靶采用的射频功率电源的射频功率为60W，Sb靶采用的直流电源的直流功率为25W，薄膜组分为Al_0.18Sb_0.82。

本发明的有益效果在于：本发明所述的铝锑二元材料组分简单，不含有毒元素，并且与互补金属氧化物半导体(CMOS)器件制造工艺兼容性非常好，是一种对环境友好的可用于相变存储器的存储材料。

附图说明

图1为铝含量约为百分之二原子比的铝锑二元材料的电阻随温度的变化曲线示意图；

图2为铝含量约为百分之十八原子比的铝锑二元材料的电阻随温度的变化曲线示意图；

图3为铝含量约为百分之二原子比的铝锑二元材料在R-T测试前后的XRD图；

图4为铝含量约为百分之十八原子比的铝锑二元材料在R-T测试前后的XRD图；

图5为基于铝锑二元材料的相变存储器的高阻态测试的V-I曲线示意图；