[发明专利]一种Sb70Se30/Si多层复合相变薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及微电子材料技术领域，具体涉及一种Sb₇₀Se₃₀/Si多层复合相变薄膜及其制备方法和应用。Sb₇₀Se₃₀/Si多层复合相变薄膜中单层Sb₇₀Se₃₀薄膜和单层Si薄膜交替堆叠排列成多层膜结构，单层Sb₇₀Se₃₀薄膜的厚度范围为1～10nm，单层Si薄膜的厚度范围为1～10nm，所述Sb₇₀Se₃₀/Si复合相变薄膜总厚度为50～60nm。通过交替溅射沉积Sb₇₀Se₃₀层和Si层，在纳米量级复合而成。与传统的Ge₂Sb₂Te₅相变薄膜材料相比，本发明的用于相变存储器的Sb₇₀Se₃₀/Si复合薄膜材料具有较快的晶化速度，能够大大提高PCRAM的存储速度；同时本发明的薄膜材料具有较高的晶化温度和激活能，从而能够极大的改善PCRAM的稳定性。

技术领域

本发明涉及微电子材料技术领域，具体涉及一种Sb₇₀Se₃₀/Si多层复合相变薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

相变存储器(Phase-Change Random Access Memory，简称PCRAM)是一种以硫系化合物为存储介质的新型非易失性存储器。当存储介质材料处于非晶态时具有高电阻，晶态时具有低电阻，其原理是利用电脉冲热量使存储介质材料在晶态(低电阻)与非晶态(高电阻)之间相互转换实现信息的写入和擦除，信息的读出依靠测量电阻的变化来实现。PCRAM具备存储密度高、功耗低、读取速度快、稳定性强、与传统的CMOS工艺兼容等优点，因而受到越来越多的研究者的关注。

Ge₂Sb₂Te₅(GST)是目前研究最多的应用最广的相变存储材料。但是GST在相变时有较大的密度变化(在晶化前后改变了6.8％)，影响到了器件的可靠性；此外，由于GST的结晶温度较低(约165℃)，以传统GST材料为存储介质的PCRAM 存储单元的数据只能够在85℃下保存10年，在高温下的数据保存寿命短，不能完全满足未来高集成度的半导体芯片的要求；另外，材料中的碲元素低熔点、低蒸汽压，容易在高温制备过程中产生挥发，对人体和环境有着负面的影响。近年来，为了实现更高稳定性、更快相变速度的目的，越来越多的新型相变存储材料被开发出来。高热稳定性的Al-Sb-Te相变材料的相变速度小于10nm，而且在124℃的高温下能够将数据保持10年(Peng.Applied Physics Letters,2011,4[99]:043105.)。掺杂Er元素的Ge₁₀Sb₉₀相变材料的相变温度提高到了230℃，且具有较长的数据保持能力，10年的数据保持温度达到了194℃，也可用于高温环境下的数据储存 (HuaZou.J Mater Sci(2017)52:5216-5222.)。另外，Si-Sb-Se、Cu-Sn-Se、Al-Sb-Se 等相变材料也被广泛的研究，具有较好的储存性能。

发明内容

本发明的目的是为了克服先有技术中存在的不足，提供一种Sb₇₀Se₃₀/Si多层复合相变薄膜材料及其制备方法。同时Sb₇₀Se₃₀/Si相变薄膜材料具有高热稳定性、低操作功耗和较快的相变速度，且不含有Te元素，属环境友好型材料，是理想的相变存储材料，具有较好的市场应用前景。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明的Sb₇₀Se₃₀/Si多层复合相变薄膜，通过磁控溅射交替沉积Sb₇₀Se₃₀和Si 层，在纳米量级复合而成。