[发明专利]一种Si-Sb-Sn相变存储材料及其制备方法

说明书

本发明涉及一种Si‑Sb‑Sn相变存储材料及其制备方法，采用磁控溅射法制备，磁控溅射的工艺参数为：氩气流量30～35sccm，溅射气压0.8～1Pa；Si靶溅射功率50W，Sb靶溅射功率20W，Sn靶的溅射功率8～12W；制得的Si‑Sb‑Sn相变存储材料的通式为Sn_x(Si₁₆Sb₈₄)_100‑x，0x10；Si‑Sb‑Sn系列相变存储材料的晶化温度为192～219℃，十年数据保持温度为112～144℃，相变前后晶粒尺寸均较小，20nm，且晶粒尺寸变化也较小，可广泛用作相变存储介质。

技术领域

本发明属于半导体材料技术领域，涉及一种Si-Sb-Sn相变存储材料及其制备方法。

背景技术

相变存储是一种新型非易失性存储技术，具有优异的快速可逆相变特性，被认为有望成为下一代主流信息存储技术。其工作原理是控制相变存储材料在非晶态与晶态结构之间的可逆变化来实现信息存储，而相变存储材料的非晶态对应电阻较高，晶态时对应的电阻较低。非晶态向晶态转变时，为相变存储器的写入(SET)操作；而晶态向非晶态转变时，则对应了相变存储器的擦除(RESET)操作，这些操作均是通过控制电脉冲的强度和作用时间来实现。当电脉冲强度很微弱时，通过电流信号便可区分材料相应的状态，以实现数据读取(READ)的目的。

在相变存储材料的研究过程中，以硫系材料为主，其中Ge₂Sb₂Te₅(GST)这一材料研究最为成熟，其非晶态和结晶态之间的电学性质差异明显，薄膜电阻相差5个量级，十年数据保持温度约为85℃，最大可逆循环次数高达10¹⁷次。但伴随着材料研究的不断深入，占其主要组分的硫族元素Te的弊端逐渐显露出来。硫族元素的不稳定性易导致相变材料本身以及加热电极组分的偏移，给操作可靠性和疲劳特性带来影响。GST材料本身的晶化温度和十年数据保持温度均无法达到应用需求，性能需要进一步提高。从可持续发展的角度来说，硫族元素具有的毒性会给人体和环境带来不良影响，不能大规模应用于消费电子。更为重要的是GST材料本身结晶温度低，测试时器件功耗大，不宜量产。

考虑到以上的环境和经济效益，开发无硫族元素的新型相变存储体系是相变存储技术发展的新思路。经研究表明，无Te富Sb系列相变存储材料具备更加优异的快速可逆相变性能，且无Te富Sb系列相变存储材料更加环保，有必要进一步深入研究。

发明内容

本发明的目的是解决现有技术中存在的上述问题，提供一种Si-Sb-Sn相变存储材料及其制备方法。本发明的Si-Sb-Sn相变存储材料具备较高的晶化温度，较好的热稳定性，其相变前后晶粒细小且变化较小，用作相变存储介质，可以提高相变存储器的擦写速度和疲劳特性，且在多次循环操作之后不易造成器件开裂。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种Si-Sb-Sn相变存储材料，所述Si-Sb-Sn相变存储材料的化学组成通式为Sn_x(Si₁₆Sb₈₄)_100-x，其中，0x10。

作为优选的技术方案：

如上所述的一种Si-Sb-Sn相变存储材料，所述Si-Sb-Sn相变存储材料的晶化温度为192～219℃，十年数据保持温度为112～144℃。

如上所述的一种Si-Sb-Sn相变存储材料，所述Si-Sb-Sn相变存储材料在相变前后晶粒尺寸均＜20nm。

如上所述的一种Si-Sb-Sn相变存储材料，所述Si-Sb-Sn相变存储材料为薄膜材料。

本发明还提供制备如上所述的一种Si-Sb-Sn相变存储材料的方法，采用磁控溅射法制备所述Si-Sb-Sn相变存储材料。

作为优选的技术方案：