[发明专利]一种锑锗多层纳米复合相变材料及其制备和应用

说明书

技术领域

本发明涉及微电子技术领域，尤其是涉及一种锑锗多层纳米复合相变材料及其制备和应用。

背景技术

进入二十一世纪以来，信息呈现海量化、数字化和网络化的爆炸式增长，信息化水平已经成为衡量一个国家和地区现代化发展水平的重要标志。信息化是推动城市化、工业化的核心驱动力，而集成电路芯片是信息化的基石。近年来，半导体存储器的市场份额逐年增加，已经占据整个集成电路的四分之一左右。相变存储器(Phase Change Random Access Memory，缩写为PCRAM)。在各种新型存储器中，已经被公认为是下一代最有希望的存储器之一。PCRAM具有如下方面的优势：

(1)读取速度快，与FLASH一样，具有快速随机存取时间的特性。

(2)可擦写次数高，信息循环擦写次数可到10¹²，远高于FLAHS的10⁶，且具有无限的读取能力；

(3)器件尺寸缩小能力强，随着器件尺寸的缩小，功耗也随之降低，且可以实现高密度存储；

(4)编程功耗低，低的操作电压与不断下降的CMOS供电电压相匹配；

(5)制造工艺简单，成本较低，能够与现有的CMOS工艺相兼容。

(6)多态存储能力强，高低电阻之比能够相差10³以上，具备了多态存储的潜力；

(7)耐环境工作特性优良，具备抗震动、抗辐射、耐高温的性能。

Ge-Sb-Te体系合金相变材料因其具有较快的结晶速度、较大的晶态和非晶态电阻比值(开关比)和良好的电学性能，成为大家公认的、研究最多的、也是技术最为成熟的相变材料(J.Orava,A.Greer et al,Nature materials 11(2012)279-283)。虽然GST的综合性能非常优越，但也存在一些不足之处，如较低的结晶温度引起的较差的稳定性，较低的晶态电阻造成的过高能量损耗等等,对于如何大幅提高相变存储单元的存储密度，如何通过提高相变存储材料低阻态电阻，降低相变存储器件功耗等仍未有太大的研究(R.Simpson,M.Krbal et al,Nano letters 10(2009)414-419)。富Sb的相变材料，生长占主导的结晶机制使得其具有较快的结晶速度。但是其较低的结晶温度，对PCRAM中数据的稳定性很不利，同时这种材料的晶态电阻率较低，需要较大的RESET电流(G.Wang,X.Shen et al,Applied Physics Letters 103(2013)031914)。

中国专利CN106098934A公开了一种掺氧GeSb纳米相变薄膜及其制备方法和应用，该相变薄膜的化学组成符合化学通式GSOx，其中GS为Ge₈Sb₉₂，x代表氧气流量值，其单位为sccm，其中x＝1、2或3，通过清洗SiO₂/Si(100)基片、射频溅射前准备、采用磁控溅射方法制备纳米相变薄膜材料三个步骤制备得到掺氧GeSb纳米相变薄膜，可以在相变存储器中的应用。本申请在于通过两层超薄Sb薄膜和Ge薄膜的多层复合，形成一种超晶格结构，相比于以上专利热稳定得到很大提升。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种提高热稳定性的锑锗多层纳米复合相变材料及其制备和应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种锑锗多层纳米复合相变材料，为Sb薄膜和Ge薄膜交替排列成多层薄膜结构，所述的Sb薄膜的厚度为1-3nm，所述的Ge薄膜的厚度为0.5-3.5nm。

所述的多层薄膜的周期数为15-20，优选为16。

所述的Sb薄膜的厚度优选为2nm，所述的Ge薄膜的厚度优选为1-3nm。

单层Sb薄膜和单层Ge薄膜的厚度之和不大于5nm。

所述的多层薄膜结构的总厚度为45-60nm，优选为48nm。

锑锗多层纳米复合相变材料的制备方法，采用磁控溅射法，在SiO₂/Si(100)衬底上，以Sb和Ge为溅射靶材，以Ar为溅射气体，交替沉积多层Sb薄膜和Ge薄膜，获得Sb/Ge纳米复合多层相变薄膜材料，具体采用以下步骤：

1.清洗SiO₂/Si(100)基片表面、背面，去除灰尘颗粒、有机与无机杂质；

2.安装好溅射靶材；设定射频功率，直流功率，气体流量及溅射气压；