[发明专利]Gd-Ge-Sb-Te和Gd-Sb-Te相变存储材料

说明书

技术领域

本发明涉及一种提高Ge-Sb-Te和Sb-Te相变材料性能的技术及其薄膜制备方法，尤其涉及用于相变存储器的Gd-Ge-Sb-Te和Gd-Sb-Te相变存储薄膜材料，属于微电子领域。

背景技术

相变存储器(PCRAM)原理是以硫系化合物为存储介质，利用电脉冲、激光脉冲等提供能量使材料在晶态(低电阻)与非晶态(高电阻)之间相互转换以实现信息的写入与擦除。而数据读取过程则是通过测量器件电阻的状态(高或低)来区分存储的逻辑数据“1”和“0”。

Ge-Sb-Te相变存储材料结晶以形核为主导，由于其较低的结晶温度而引发的热稳定性差，一直是制约其进一步发展的主要原因，为此大量的研究工作试图通过掺杂来提高其热稳定性，并取得了不错的效果。另一种相变存储材料Sb-Te，其结晶行为表现为长大主导，其特点在于相变速度快，然热稳定性差，数据保持力差，通过掺杂不仅可以保持其快速相变，还可以改善其热稳定性。

发明内容

本发明的目的主要在于提供一种用于相变存储器的Gd-Ge-Sb-Te和Gd-Sb-Te相变存储薄膜材料，以提高相变存储材料及器件的热稳定性、非晶态电阻，降低材料的RESET电流与熔化温度等。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案来实现：

一种用于相变存储器的Gd-Ge-Sb-Te和Gd-Sb-Te相变存储材料，在Ge-Sb-Te(或Sb-Te)相变存储材料中掺入Gd元素而成，其化学通式为Gd_100-x-y-z(Ge_xSb_yTe_z)，其中0≤x<40,0<y<40,40<z<80,80<x+y+z<100。本发明中，化学通式中元素的右下角部分代表摩尔比。

用于相变存储材料的Ge-Sb-Te和Sb-Te的组分不受限制，较佳的，例如Ge-Sb-Te的原子比为1:2:4、2:3:6、3:2:6或2:2:5等，Sb-Te的原子比可以为4:1、2:1或2:3等。

较佳的，所述的用于相变存储器的Gd-Ge-Sb-Te和Gd-Sb-Te相变存储材料，实现电阻率和光学折射率反射率的可逆转变的外部驱动能量，可以为电脉冲、激光脉冲、电子束和热驱动作用。

较佳的，所述的用于相变存储器的Gd-Ge-Sb-Te和Gd-Sb-Te相变存储材料为一种薄膜材料。

较佳的，所获得的Gd-Ge-Sb-Te和Gd-Sb-Te相变存储材料其薄膜厚度为10-300nm。

所述的用于相变存储器的Gd-Ge-Sb-Te和Gd-Sb-Te相变存储材料具有更高的结晶温度和更好的数据保持力，其热稳定性得到很大改善。

所述的用于相变存储器的Gd-Ge-Sb-Te和Gd-Sb-Te相变存储材料非晶态电阻升高，晶态电阻升高。

本发明所述的用于相变存储器的Gd-Ge-Sb-Te和Gd-Sb-Te相变存储材料的制备方法，包括如下步骤：

按照化学通式Gd_100-x-y-z(Ge_xSb_yTe_z)中Ge、Sb和Te的配比采用Ge_xSb_yTe_z(或Sb_yTe_z)合金靶以及Gd靶共溅射获得所述Gd-Ge-Sb-Te(或Gd-Sb-Te)相变存储材料。

较佳的，所述共溅射条件为：在共溅射过程中通入纯度为99.999％以上的Ar气，Ge_xSb_yTe_z(或Sb_yTe_z)合金靶采用射频电源，Gd靶采用直流电源或射频电源。优选的，所述Ge_xSb_yTe_z(或Sb_yTe_z)合金靶射频电源功率为25W，所述Gd靶直流电源功率为15W。