[发明专利]用于相变存储器的Zn-Sb-Se相变存储薄膜材料

说明书

技术领域

本发明涉及相变存储材料技术领域，尤其涉及用于相变存储器的Zn-Sb-Se相变存储薄膜材料。

背景技术

相变存储技术(PRAM)是近年才兴起的一种新概念存储技术，它利用相变薄膜材料在光/电脉冲作用下在晶态和非晶态之间相互转换来实现数据写入和擦除，是目前存储器研究的一个热点，被认为最有希望成为下一代主流存储器。与其他一些未来取代闪存的磁阻存储器(MRAM)、铁电存储器(FeRAM)、阻变存储器(RRAM)相比，PRAM在尺寸缩小方面具有更大优势。它不但具备读写速度快(ns量级)、循环次数高(>10¹²)、功耗低等特点之外，还与现有的CMOS工艺兼容，技术实现难度和产业成本较低，并且能实现多位存储。除此之外，PRAM存储技术具有抗强震动、抗辐射性能，在航天航空领域具有极其重要的应用前景。

目前在相变存储器存储材料中，Sb₂Te₃具有较快的晶化速度(ns量级)，但是结晶温度较低(100℃)，GeTe具有较高的结晶温度(191℃)，但是结晶速度较慢(μs量级)。就单一结构材料而言，很难同时在相变速度和数据保持力获得良好的性能，因为相变材料在结晶速度和热稳定性之间存在一个平衡。在伪二元Sb₂Te₃-GeTe链上，Ge₂Sb₂Te₅(GST)材料的晶化温度约为168℃，结晶时间最短可以达到50ns，非晶态与晶态电阻之比较大，达到10⁵；非晶态和晶态之间具有较好的可逆性。但是实际应用中Ge₂Sb₂Te₅存储材料存在以下缺点：

(1)、GST在相变时有较大的密度变化(在晶化和相转变后分别增加了6.8％和8.8％)，结晶速度不佳，一般为几百ns，影响到擦写速度和器件的可靠性；

(2)、GST熔点较高为620℃，晶态电阻较低，会引起以传统GST材料为存储介质的PRAM存储单元的功耗较大；

(3)、由于GST的结晶温度较低(约168℃)，以传统GST材料为存储介质的PRAM存储单元的数据只能够在88.9℃下保存10年，在高温下的数据保存寿命短。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结晶温度高、热稳定性好、晶态电阻高、结晶速度快且可逆循环的用于相变存储器的Zn-Sb-Se相变存储薄膜材料。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：用于相变存储器的Zn-Sb-Se相变存储薄膜材料，所述的相变存储薄膜材料为富Sb的Zn-Sb-Se化合物，其化学结构式为Zn_xSb_ySe_z，其中：0<x<35，45<y<55，20<z<55，x+y+z＝100。

所述的相变存储薄膜材料的化学结构式为Zn_19.0Sb_45.7Se_35.3。

所述的Zn-Sb-Se相变存储薄膜材料由ZnSb合金靶和SbSe合金靶在磁控溅射镀膜系统中通过双靶共溅射获得。

所述的用于相变存储器的Zn-Sb-Se相变存储薄膜材料，通过以下方法制备得到：

在磁控溅射镀膜系统中，采用石英片或氧化硅片为衬底，将ZnSb合金靶材安装在磁控直流溅射靶中，将SbSe合金靶材安装在磁控射频溅射靶中，将磁控溅射镀膜系统的溅射腔室进行抽真空直至室内真空度达到2.5×10^-4Pa，然后向溅射腔室内通入体积流量为50ml/min的高纯氩气直至溅射腔室内气压达到溅射所需起辉气压0.35Pa，然后控制ZnSb合金靶的溅射功率为0～15W，SbSe合金靶的溅射功率为10W或20W，在室温下双靶共溅射镀膜，溅射厚度为80nm后，即得到沉积态的富Sb的Zn-Sb-Se相变存储薄膜材料。