[发明专利]Ti-Ga-Sb相变材料、相变存储器及Ti-Ga-Sb相变材料的制备方法

说明书

本发明公开了Ti‑Ga‑Sb相变材料、相变存储器及Ti‑Ga‑Sb相变材料的制备方法，属于相变存储材料领域，所述Ti‑Ga‑Sb相变材料为Ti，Sb，Ga元素组成的化学通式为Ti_xGa_ySb_100‑x‑y的材料，其通过将Sb作为基体材料，并向基体材料中掺杂Ti、Ga后得到；其中，x，y分别为原子个数百分比，且0＜x＜50，0＜y＜50，0＜x+y＜60。本发明的Ti‑Ga‑Sb相变材料，其制备方法简便，制备得到的Ti‑Ga‑Sb相变材料相较于传统的相变材料而言，具有较小的相变密度差异，并能在保证相变材料热稳定性的同时大幅提升相变材料的结晶效率，保证相变材料信息数据存储的稳定性和准确性，提升相变存储器信息存储的效率，在延长相变存储器使用寿命的同时，大大提升了相变存储器的功能性。

技术领域

本发明属于相变存储材料领域，具体涉及一种Ti-Ga-Sb相变材料及其制备方法，以及Ti-Ga-Sb相变材料在相变存储器中的应用。

背景技术

在大数据时代，存储器的地位越来越突出，不论是信息数据的存储还是信息数据的传输，都对传统存储器提出了新的挑战，新型存储器的研发也成为了技术革新的重要一环。相变存储器是一种优秀的非易失性存储器件，具有读写速度快，容量大且生产成本低等特点，是目前最有希望的下一代存储器件之一。相变存储器主要是利用了相变材料晶态和非晶态之间的电阻差异来实现信息存储的功能，在使用过程中，只需要控制电流脉冲的大小和时间就可以实现擦写的功能，同时一个更小的电流脉冲便可以读出存储的信息。

对于相变存储器而言，其性能很大程度上依赖于相变材料的性质。目前，已经有不少应用较为成熟的相变材料，例如Ge-Sb-Te基相变材料，其具有足够大的晶态与非晶态电阻差异，可以实现稳定的晶态和非晶态之间的可逆转换，并可保证足够的电阻差异和快的相变速度，在常温下也具有较好的稳定性。不过，现有相变材料的结晶温度和十年数据保持温度都较低，例如Ge-Sb-Te相变材料的结晶温度为150℃，十年数据保持温度为85℃，材料的非晶态热稳定性较差；这极大地制约了相变材料在极端环境下的应用。

同时，现有相变存储器中的相变存储材料在使用时，其晶态和非晶态之间往往存在较大的密度差，例如在非晶态的Ge-Sb-Te相变材料中，硫系Te元素的孤对电子会导致大量的空位的形成，使得相变材料的内部产生大量的空洞，造成晶态和非晶态之间密度差异很大，通常在8％以上。如此大的相变密度差异已经远远超过相变材料热胀冷缩的影响，极易导致相变材料在相变过程中产生空洞，而这些空洞通常会在工作过程中逐渐聚集到电极处，使相变材料和电极脱离，最终造成器件失效，影响相变存储器的应用可靠性和使用寿命。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求中的一种或者多种，本发明提供了一种Ti-Ga-Sb相变材料及其制备方法，并提供了应用该Ti-Ga-Sb相变材料的相变存储器，利用Ti-Ga-Sb相变材料热稳定性好、相变密度差异小的特性，能有效实现相变材料在高温环境下的稳定工作，确保相变存储器具有更高的可靠性、更长的使用寿命和更小的使用能耗。

为实现上述目的，本发明的一个方面，提供一种Ti-Ga-Sb相变材料，其特征在于，所述Ti-Ga-Sb相变材料为Ti，Sb，Ga元素组成的化学通式为Ti_xGa_ySb_100-x-y的材料；其中，x，y分别为原子个数百分比，且0＜x＜50，0＜y＜50，0＜x+y＜60。

作为本发明的进一步改进，x，y值的取值范围为：10≤x≤y≤30。

本发明的另一个方面，提供一种相变存储器，其利用所述Ti-Ga-Sb相变材料作为相变存储材料，其特征在于，所述Ti-Ga-Sb相变材料在所述相变存储器中为厚度介于20～200nm之间的相变薄膜材料。