[发明专利]纳米复合相变材料、制备方法及其在相变存储器中的应用有效

专利信息
申请号: 201110110342.5 申请日: 2011-04-29
公开(公告)号: CN102169958A 公开(公告)日: 2011-08-31
发明(设计)人: 吕业刚;宋三年;宋志棠 申请(专利权)人: 中国科学院上海微系统与信息技术研究所
主分类号: H01L45/00 分类号: H01L45/00;C23C14/34;B82Y10/00;B82Y40/00
代理公司: 上海光华专利事务所 31219 代理人: 李仪萍
地址: 200050 *** 国省代码: 上海;31
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摘要:
搜索关键词: 纳米 复合 相变 材料 制备 方法 及其 存储器 中的 应用
【说明书】:

技术领域

发明涉及一种基于碲化锗的纳米复合相变材料、制备方法、及作为相变存储器的用途,尤其涉及一种由GeTe和HfO2形成的纳米复合相变材料及其在相变存储器中的用途。

背景技术

近年来,有可能成为下一代非易失性存储器的相变存储器(PCM)引起了学术界和工业界的广泛关注。与目前已有的多种半导体存储技术相比,PCM具有单元尺寸小、数据保持力强、循环寿命长、功耗低、可多级存储、高速读取、耐高低温(-55-125℃)、抗辐照、和制造工艺简单(能和现有的集成电路工艺相匹配)等诸多优点。它是利用外加电流产生的焦耳热使得相变层在非晶态(高阻)和晶态(低阻)之间实现可逆相变,两态间巨大的电阻差异(电阻比为10-500倍)可以用来存储和读取数据“0”和“1”。

PCM的操作性能主要取决于器件单元的相变存储材料的相变性能。常用的相变存储材料主要有GeTe-Sb2Te3、Ag-In-Sb-Te、Si-Sb-Te材料体系等,其中Ge2Sb2Te5(GST)已经广泛应用于商业相变光盘和相变存储器。但也存在着一些缺点,例如功耗较大,难以实现高密度存储,结晶温度较低,数据保持力得不到保证,不能应用在高温存储的特殊场合。在新研发的相变材料中,GeTe具有相变速度快,高低电阻差异大(105倍),结晶温度高和热稳定性好的特点。但由于它的熔点较高(720度),因而RESET电流明显比GST大,因此GeTe的功耗较大,这制约了它作为商用的进程。另外,在含Ge与Te元素的相变材料中,多次反复的高温写擦操作会导致材料内部本身的成分偏析,而且Ge或Te向界面处偏析,并与活泼的电极材料反应的现象也被证实是对器件可靠性的极大威胁。因此,如何提高相变存储器的热稳定性和数据保持力,以及降低功耗就成了急需解决的问题。本发明通过GeTe与介质材料的均匀复合,来提高热稳定性和降低功耗,以解决当前相变存储器中存在的问题。

纳米复合相变材料是指将相变材料作为主相,介质材料为辅相,这两相在纳米尺度内均匀分散复合,通过复合材料两相间的“取长补短”,弥补单一相变材料的缺陷,从而达到优化相变材料相变性能的目的。目前在相变材料研究中,已经报道的有SiO2与Ge2Sb2Te5相变材料的复合,但由于SiO2较小的介电常数以及复合材料较低的载流子迁移率,SiO2与Ge2Sb2Te5复合相变材料的阈值电压较高。为了能够进一步提升器件的性能,寻找一种能够同时降低阈值电压和RESET电压的介质材料显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热稳定性高、加热效率高、及有效编程体积小的纳米复合相变材料。

本发明的另一目的在于提供一种纳米复合相变材料的制备方法。

本发明的再一目的在于提供一种功耗低、数据保持能力强的相变存储器。

本发明还有一目的在于提供一种性能优越的相变存储器的制备方法。

为了达到上述目的及其他目的,本发明提供的纳米复合相变材料,包括:摩尔百分比为70-99%的相变材料GeTe,以及摩尔百分比为1-30%的介质材料。

较佳的,在形成的复合材料中,所述相变材料GeTe与介质材料HfO2均匀分布。

较佳的,所述相变材料GeTe在复合材料中呈纳米级颗粒状,例如,纳米级颗粒状,较佳的,最大直径小于100纳米。

上述纳米复合材料的制备方法中包括采用GeTe合金靶,或者单质Ge、Te靶和HfO2靶同时溅射的步骤。

较佳的,溅射时,本底真空度小于2×10-4Pa,溅射气压为0.18-0.25Pa,温度为室温,加在GeTe合金靶上的直流电源为10-60瓦,加在单质Ge靶和Te靶上的直流功率为10-60瓦,加在HfO2靶上的射频电源为10-80瓦,溅射时间为5-60分钟,沉积厚度为50-300纳米。

此外,本发明提供的相变存储器包括采用上述纳米复合相变材料作为存储介质的纳米复合相变材料层。

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