[发明专利]类超晶格锡硒-锑碲信息功能存储介质及其制备方法

说明书

本发明公开一种类超晶格锡硒‑锑碲信息功能存储介质及其制备方法，该存储介质的总厚度为40‑60 nm，结构通式为[SnSe₂(a)/Sb₂Te₃(b)]_n，其中a和b分别表示单个周期中SnSe₂薄膜和Sb₂Te₃薄膜的厚度，且1a25 nm，1b25 nm，n为纳米复合多层结构相变薄膜的总周期数，且1n25。利用本发明公开的方法制备该类超晶格材料，在调节SnSe₂薄膜和Sb₂Te₃薄膜的厚度比和周期数后，类超晶格SnSe₂/Sb₂Te₃相变存储薄膜兼有热稳定性高和相变速度快的特征。

技术领域

本发明涉及微电子材料技术领域，具体涉及一种用于相变存储器的类超晶格锡硒-锑碲信息功能存储介质及其制备方法。

背景技术

相变存储器（PCRAM）是利用相变材料非晶和多晶态的电阻率差异来存储信息的，在相变材料的探索中，过渡族金属氧化物和硫族化合物得到了广泛的研究。硫族化合物是指含有元素周期表第六主族元素的化合物或合金，如Ge₂Sb₂Te₅相变存储材料。将Ge₂Sb₂Te₅加热到结晶温度时，Ge₂Sb₂Te₅会形成面心立方结构或六方晶体结构；再将Ge₂Sb₂Te₅加热到熔化温度（高于结晶温度）并快速降低到结晶温度以下，Ge₂Sb₂Te₅来不及结晶从而形成非晶状态，利用其两种状态下的电阻率差异即可实现信息的存储功能。如今，Ge₂Sb₂Te₅材料已成功应用于手机、平板等消费电子领域的信息存储上。

随着5G和人工智能的发展，爆发式增长的信息量对数据存储提出了新的巨大挑战，高数据保持力、快速、大容量、低功耗的存储器成为未来的发展趋势，这就要求相变存储材料必须朝着热稳定性好、相变速度快、存储密度高等利好方向发展。由于Ge₂Sb₂Te₅材料相变温度仅有160℃，晶化时间大于50 ns，熔化温度高达620℃，这些不足之处严重地限制了Ge₂Sb₂Te₅材料的进一步扩大化应用。为此，研究人员通过掺入改性和构造多层结构的方式来优化和开发新型相变存储材料以满足现代化发展的需要。

类超晶格相变存储材料是指将不同性能的相变材料在纳米尺度进行多层复合，从而实现优势互补，以期获得综合性能优异的相变材料。新加坡数据存储研究所T. C. Chong等人于2006年首次提出基于GeTe/Sb₂Te₃类超晶格结构相变存储器，获得当时世界上最快的相变存储单元（Chong, T. C：Applied Physics Letters，2006，88 (12)，p.122114）。类超晶格结构中层与层之间存在着大量的界面，界面处的缺陷可能会成为晶化过程中的成核中心。同时，界面的存在会引起声子散射，导致类超晶格结构材料的热导率下降，有利于减小薄膜材料的RESET电流。这些发现为获得高速、低功耗的相变存储材料提供了有效途径。