Te相变存储薄膜材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及相变存储材料技术领域，尤其是设及一种纳米复合Ti化-SbsTe相变存 储薄膜材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 相变存储器（PRA^O是^材料的反射率/电阻率在外加光/电脉冲作用下可在非 晶态和晶态之间实现可逆转变从而实现信息存储的技术。其具有尺寸等比例缩小的能力， 已证实~l.lnm尺寸的相变材料仍能实现信息的存储。此外，PRAM与现有的集成电路半导 体工艺（CMOS)兼容，并且具有循环寿命长（大于10气、读/写速度快（20ns/10ns)、受环 境影响小等优点，因此，受到了极大关注。
[0003] 降低功耗是目前PRAM应用研究的关键。主要手段是从材料优化入手，寻找一种高 晶态电阻的相变材料，提高发热效率，从而降低功耗。就单一结构材料而言，Sb-Te或GST等 材料在结晶过程中晶粒生长不可控，晶态电阻普遍较低。采用非晶-多晶纳米复合手段（J. 化ng等，J.Appl.Phys. 101，074502(2007))，在訊2了63材料中渗入51后，形成了纳米非 晶Si-晶相訊2Te3复合结构，薄膜晶粒尺寸从~40皿降为~10皿，晶态电阻增加~2倍。但 是该方法存在隐患，非晶Si与多晶訊Te的均匀分布将成为工艺瓶颈，组分一致性控制将 十分困难。
[0004] 纳米复合相变材料是一种新型的相变材料，其特点在于通过将相变材料与介质 材料在纳米尺度下均匀复合，有效地将相变材料隔离成纳米尺寸的区域。由于小尺寸效 应和介质材料包裹作用细化了晶粒颗粒，增加了晶界，减小材料的热导率，提高加热效率 进而降低器件的功耗。目前已经报道的有Si〇2(介电常数3.8-5. 4)与GST复合，形成 均匀的20nm左右尺度的相变区域，富GST相变区域被富Si化区域均匀分隔开来（T.Y. Lee,Appl. Phys. Lett.2006, 89 (16) : 163503；S.W. Ryu,Nanotechnology2011, 22(25):254005)。此外，还有Hf〇2(16-45)与GST相变材料复合化Song等，如公7.化_7义 A2010，99(4) :767-770)。但是由于引入的介质材料介电常数较小，复合后往往存在较低 的载流子迁移率W及阔值电压较高。因此需要寻找一种高介电常数的介质材料改善复合材 料的性能W提高晶态电阻。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是提供一种结晶温度高、晶化速度快、粗趟度低、晶态 电阻高且可逆相变的纳米复合Ti化-SbsTe相变存储薄膜材料及其制备方法。
[0006] 本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为；一种纳米复合Ti化-SbaTe相变存 储薄膜材料，所述的相变存储薄膜材料为介质材料Ti化与相变材料Sb,Te的复合物，其化学 结构式为们〇2),姊2了6)1。。_,，其中0知<10。
[0007] 所述的相变存储薄膜材料化学结构式为（Ti〇2)日.3(訊2Te)M.7。
[000引所述的相变存储薄膜材料由Ti化陶瓷祀和訊sTe合金祀在磁控瓣射锻膜系统中通 过双祀共瓣射获得。
[0009] 所述的相变存储薄膜材料中相变材料SbsTe呈纳米级颗粒均匀分散在介质材料 Ti〇2中。
[0010] 一种纳米复合Ti化-SbsTe相变存储薄膜材料的制备方法，具体步骤如下；在磁控 瓣射锻膜系统中，采用石英片或氧化娃片为衬底，将Ti化陶瓷祀材安装在磁控直流瓣射祀 中，将訊,Te合金祀材安装在磁控射频瓣射祀中，将磁控瓣射锻膜系统的瓣射腔室进行抽 真空直至室内真空度达到2. 2X1CT4 Pa，然后向瓣射腔室内通入体积流量为47. 6 ml/min 的高纯氣气直至瓣射腔室内气压达到瓣射所需起辉气压0. 25 Pa，然后固定Ti化祀的瓣射 功率为15 W，调控訊sTe合金祀的瓣射功率为30-90 W，在室温下双祀共瓣射锻膜，瓣射厚 度达200 nm后，即得到沉积态的纳米复合Ti〇2-Sb2Te相变存储薄膜材料，其化学结构式为 (Ti〇2)x(Sb2Te)i〇〇_x，其中 0<x<10。
[0011] 所述的相变存储薄膜材料化学结构式为（Ti〇2)e.3(訊2Te)M.7。
[0012]与现有技术相比，本发明的优点在于；本发明一种纳米复合Ti〇2-Sb2Te相变存储 薄膜材料的制备方法，其利用Ti化（高介电常数85)与訊sTe在纳米尺度下复合，形成均匀 分布的纳米复合相变存储材料。其化学结构式为订1〇2),662了6)1。。_,，其中0知<10。该薄 膜材料具有纳秒量级高速相变，具有较高的结晶温度、较大的晶态电阻、较快的结晶速度、 较大非晶态与晶态之间明显的电阻比/反射率差异和较好的可逆循环相变能力；该纳米复 合Ti〇2-Sb2Te薄膜材料的结晶温度（7；)为157-188 °C，250°C下晶态电阻（《e)为302-8870 Q/□，粗趟度为87. 98-1. 654nm;较佳的，优选组分（Ti化)5.3(訊2Te)94.7的结晶温度（乃)为 176 °C，250°C下晶态电阻（似为2533 Q/□，非晶态与晶态之间电阻比~103,粗趟度较小 为14. 04nm。
【附图说明】
[001引图1为本发明的纳米复合Ti02-Sb2Te薄膜方块电阻随温度变化关系曲线； 图2为本发明的纳米复合Ti化-SbsTe薄膜的粗趟度随组分变化关系图； 图3为本发明的优选（Ti02)e.3(訊2Te)M.7薄膜经250。0退火后光学显微结构图； 图4为本发明的优选们02)5.3(SbsTe)94.7沉积态薄膜在激光照射功率为5mW的纳米脉 冲激光诱导下的结晶化过程； 图5为本发明的优选（Ti02)e.3(訊2Te)M.,沉积态薄膜在激光照射功率为20 mW的纳米 脉冲激光诱导下的结晶化过程； 图6为本发明的优选们02)。.3姊216)。4.7沉积态薄膜在激光照射功率为40111胖的纳米 脉冲激光诱导下的结晶化过程； 图7为本发明的优选们02)。.3姊216)。4.7沉积态薄膜在激光照射功率为60111胖的纳米 脉冲激光诱导下的结晶化过程； 图8为本发明的优选（Ti02)e.3(訊2Te)M.7非晶化烙融态薄膜在激光照射功率为5mw的 纳米脉冲激光诱导下的结晶化过程； 图9为本发明的优选（Ti02)e.3(訊2Te)M.7非晶化烙融态薄膜在激光照射功率为20 mW的纳米脉冲激光诱导下的结晶化过程； 图10为本发明的优选（Ti02)e.3(訊2Te)M.7非晶化烙融态薄膜在激光照射功率为40 mW 的纳米脉冲激光诱导下的结晶化过程； 图11为本发明的优选（Ti02)e.3(訊2Te)M.7非晶化烙融态薄膜在激光照射功率为60mW的纳米脉冲激光诱导下的结晶化过程。
【具体实施方式】
[0014] W下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
[0015] 一种纳米复合Ti化-SbsTe相变存储薄膜材料，该相变存储薄膜材料为Ti化-SbsTe 复合物，其化学结构式为（Ti〇2),(訊2Te)iw_,，其中0<x<10,其具体制备过程为；在磁控瓣射 锻膜系统中，采用石英片或氧化娃片为衬底，将Ti化陶瓷祀材安装在磁控直流瓣射祀中，将 SbsTe合金祀材安装在磁控射频瓣射祀中，将磁控瓣射锻膜系统的瓣射腔室进行抽真空直 至室内真空度达到2. 2X1(T4化，然后向瓣射腔室内通入体积流量为47. 6ml/min的高纯氣 气直至瓣射腔室内气压达到瓣