[发明专利]一种Ca掺杂碲化锑超稳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Ca掺杂碲化锑超稳相变存储薄膜材料及其制备方法，特点是该相变薄膜材料为钙、锑、碲三种元素组成的混合物，其化学结构式为Ca_x(Sb₂Te₃)_100‑x，其中0x17.6 at%，通过磁控溅射镀膜系统，采用双靶共溅射方式制备得到Ca_x(Sb₂Te₃)_100‑x相变存储薄膜材料，优点是该Ca‑Sb₂Te₃相变薄膜具有较高的结晶温度、较大的析晶活化能、较好的十年数据保持能力，该相变薄膜具有较高的结晶温度，较大的析晶活化能，较好的十年数据保持力，且电阻漂移系数较低，从而改善相变材料在非晶态下的电阻漂移现象。

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Ca掺杂碲化锑超稳相变存储薄膜材料及其制备方法。

背景技术

信息存储在人类历程中扮演着重要的角色。现如今的电子技术发展极大增加了数字数据量，据报道2020年低的全球数据规模将达44泽字节（约等于1万亿GB）。如此庞大数据群的存储、传输和处理会消耗大量资源，在未来将面临严峻挑战。另外，当下最流行的非易失性存储器闪存（Flash）和易失性动态随机存储器（DRAM）的擦写时间相差近5个数量级（~105 ns和~10 ns），这严重制约数据存储与传输效率，因此亟需一场存储器革命，研发存储快、密度高、稳定性好的非易失性存储器。

相变存储器（PRAM）作为新一代非易失存储技术，与Flash技术比较，在存储速度，存储密度方面具有绝对优势，其存储速度约为30 ns，存储密度高达200 Gb/in.²，存储循环次数可达10¹²，而且还与现有的CMOS工艺兼容，技术实现难度和产业成本较低。除此之外，PRAM存储技术具有抗强震动、抗辐射性能，在航天航空领域具有极其重要的应用前景。PRAM这些特点被认为最有可能取代Flash，成为下一代非易失性存储器，从而解决大容量数据存储问题和数据存储传输效率瓶颈。决定相变存储器性能优劣的一个重要因素是相变材料的好坏，因此发展性能优异的新型相变材料对提高和改进相变存储器的性能具有重要的实际应用意义。

现有传统的Ge₂Sb₂Te₅(GST)相变材料虽然已被广泛用于如近些年英特尔和美光联合研制出的3D XPoint等先进芯片技术，但是其很多性能缺陷仍然无法得到改善。比如，GST的非晶态稳定性较差，包括结晶温度较低，十年数据保持温度较低，而且在非晶态GST中会发生结构弛豫现象，即在较长时间放置之后会发生明显的非晶电阻漂移现象，致使存储器因GST的非晶电阻不稳定而引发数据存储安全问题。也就是说，现有相变材料较低非晶态稳定性和较大电阻漂移阻碍了相变存储器的进一步应用。因此，亟需研究新型超稳相变材料，即具有高热稳定性和低电阻漂移现象的材料来解决上述问题。通过研究发现，在常用相变材料基质中选择适当元素掺杂，从材料本身来提高其热稳定性并减小电阻漂移现象，是一种直接高效的办法，难点是如何找到合适的掺杂元素。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有高热稳定性和较低电阻漂移系数的Ca掺杂Sb₂Te₃超稳相变存储薄膜材料及其制备方法，该材料具有较高的结晶温度、较大的析晶活化能、较好的十年数据保持能力。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种Ca掺杂碲化锑超稳相变存储薄膜材料，该材料是由钙、锑、碲三种元素组成的化合物。

所述的Ca-Sb₂Te₃薄膜材料的化学结构式为Ca_x(Sb₂Te₃)_100-x，其中0x≤17.6at%。