[发明专利]一种用于快速高稳定性相变存储器的掺氮纳米薄膜材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微电子技术领域的存储材料，具体涉及一种用于快速低功耗高稳定性的掺氮Sn₁₅Sb₈₅纳米相变薄膜材料及其制备方法。

背景技术

相变存储器(PCRAM)是利用材料从晶态向非晶态来回转换时电阻也随之在高阻与低阻间变换，两个阻态分别代表“0”和“1”，从而实现信息存储的目的。它具有非挥发性、循环寿命长、读取速度快、稳定性好、高密度存储、功耗低和可嵌入功能强等优点，因而被认为是最有应用前景的下一代存储技术。

有研究表明，与传统的Ge₂Sb₂Te₅相变材料相比，SnSb类合金具有更快的相变速度，更高的结晶温度和更好的稳定性(Feng Rao等，Applied Physics Letters，95,032105，2009)。通过在相变材料中掺入适量的N原子或O原子可以减小晶粒尺寸，增加晶界数量，从而增加晶态电阻、提高晶化温度，最终提高了材料的热稳定性。SnTe掺氮后提高了材料热稳定性(Xia等，Chinese Phys.Lett.30,037401，2013)，Sb₂Te掺氮后，热稳定性大大提高，能耗较之Ge₂Sb₂Te₅低了10倍(Min Zhu等，Journal of Alloys and Compounds，509，10105–10109，2011)。

发明内容

本发明的目的在于克服Sn₁₅Sb₈₅合金热稳定性不高的缺点，提供一种能够提高相变材料稳定性，同时降低其操作功耗的掺氮Sn₁₅Sb₈₅纳米相变薄膜材料及其制备方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种用于快速高稳定性相变存储器的掺氮纳米薄膜材料，其化学通式为Sn₁₅Sb₈₅Nx，简写为SnSbNx，其中x为氮气流量值，其单位为sccm。

所述x为1、2、3或4。

一种用于快速高稳定性相变存储器的掺氮纳米薄膜材料的制备方法，所述掺氮Sn₁₅Sb₈₅采用室温磁控溅射方法制备，通过在射频溅射沉积Sn₁₅Sb₈₅薄膜的过程中同时通入氩气和氮气，具体包括以下步骤：

(1)清洗SiO₂/Si(100)基片；

(2)安装好溅射靶材；设定溅射功率，设定溅射Ar气和N₂气的气体流量及溅射气压；

(3)采用室温磁控溅射方法制备SnSbNx纳米相变薄膜材料：

a)将空样品基托旋转到Sn₁₅Sb₈₅靶位，打开Sn₁₅Sb₈₅靶上的射频电源，在起辉气压0.25Pa下打开靶挡板起辉；

b)起辉后，关闭靶挡板，将待溅射的基片旋转到Sn₁₅Sb₈₅靶位，改变Ar气和N₂气的流量比例，慢慢调节溅射气压为4×10^-1Pa，打开Sn₁₅Sb₈₅靶位上的靶挡板，依照设定的溅射时间100s，开始溅射SnSbNx薄膜；溅射完毕后获得所述的掺氮Sn₁₅Sb₈₅纳米相变薄膜材料。

所述Ar气和N₂气的气体流量比为：(26～29)：(1～4)。

所述Ar气和N₂气的纯度大于体积百分比99.999％。

所述Sn₁₅Sb₈₅靶材的纯度在原子百分比99.999％以上，本底真空度不大于6×10^-4Pa。

所述Sn₁₅Sb₈₅靶材都采用射频电源，溅射功率为30W，溅射气压均为4×10^-1Pa。