[发明专利]一种纳米复合ZnO-ZnSb相变存储薄膜材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种纳米复合ZnO‑ZnSb相变存储薄膜材料及其制备方法，特点是其材料化学结构式为(ZnSb)_100‑x(ZnO)_x，0x20，其制备方法步骤如下：将ZnO陶瓷靶材安装在磁控直流溅射靶上，将ZnSb合金靶材安装在磁控射频溅射靶上，将磁控溅射镀膜系统的溅射腔室进行抽真空，然后通入高纯氩气直至溅射腔室内气压达到溅射所需起辉气压0.30Pa，然后固定ZnSb射频靶溅射功率为35 W，调控ZnO直流靶溅射功率为3‑21 W，在室温下双靶共溅射镀膜，溅射厚度达180 nm后，即得到相变存储薄膜材料，优点是结晶温度高、晶化速度快、非晶态/晶态电阻比高和可实现非晶态直接向稳态晶相转变。

技术领域

本发明涉及相变存储材料技术领域，尤其是涉及一种纳米复合ZnO-ZnSb薄膜材料及其制备方法。

背景技术

硫属化合物薄膜材料广泛用于电气存储器以及DVD中的光学数据存储。这种硫属化合物薄膜与其制成的玻璃类似，非晶状态下表现出很高的红外透过能力和高电阻性。然而，在激光脉冲或电脉冲作用下，致使结晶之后的硫族化物膜呈现出相当大的光反射率和导电性。由于其具有高速、高密度、低功耗、寿命长和可扩展性好等优异的性能，硫属化合物薄膜最有望作为存储介质应用于下一代非易失性存储器（PCM）。

位于GeTe-Sb₂Te₃三元结构图中的Ge₂Sb₂Te₅（GST）是PCM中存储介质中最流行的硫属化合物薄膜材料之一，其优异的电气和光学性能结合了GeTe良好的热稳定性和Sb₂Te₃材料的快速相变能力。然而，仍存在着诸多缺点，比如：熔点高和结晶电阻低导致功耗相对较高，在汽车电子方面也存在着数据保持能力不足等问题。为解决这些问题，Al，Ag，Sn，Zn，In，W，O和N等元素先后被引入到GST中以试图改善硫属化合物GST薄膜的性能。然而，其以成核为主的结晶机理导致结晶速度仍然缓慢。

近来，研究人员通过对些许不含碲的二元化合物，如GaSb，InSb，SiSb和ZnSb等做了结晶方面的研究，发现其以生长方式为主的结晶机理展示出了更快速的相变速度。特别是ZnSb薄膜，比其他材料拥有更快结晶速度、更高结晶电阻、更高结晶温度（高于250℃），更高的数据稳定性（在高于200℃情况下保持十年）和较低的熔化温度（约500℃）。然而，在约250℃左右转变为亚稳态ZnSb晶相和约350℃左右转变为稳定的ZnSb相的两步结晶行为将降低PCM相变层和电极之间界面可靠性。

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、晶化速度快、非晶态/晶态电阻比高和可实现非晶态直接向稳态晶相转变的纳米复合ZnO-ZnSb相变存储薄膜材料及其制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种纳米复合ZnO-ZnSb相变存储薄膜材料，所述的相变存储薄膜材料为介质材料ZnO与相变材料ZnSb的复合物，其化学结构式为 (ZnSb)_100-x(ZnO)_x，其中0x20。

所述的相变存储薄膜材料化学结构式为(ZnSb)_81.8(ZnO)_18.2。

所述的相变存储薄膜材料由ZnO陶瓷靶和ZnSb合金靶在磁控溅射镀膜系统中通过双靶共溅射获得。

所述的相变存储薄膜材料中相变材料ZnSb呈纳米级颗粒均匀分散在介质材料ZnO中。