本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种应用于相变存储领域的镧系元素掺杂的znsb纳米相变薄膜材料及其制备方法。
背景技术：
随着科技的发展和社会的进步，计算机在日常生活和工作中扮演越来越重要的作用。而计算机的性能越来越依赖于存储系统的特性。总所周知，传统的存储器的架构主要包含静态随机存储器(sram)、动态随机存储器(dram)和闪存(nandflash)这些部分。其中，当dram工艺尺寸缩小至2nm及以下会产生系统稳定性、数据可靠性等问题。因此，研究和开发新一代存储器具有重要的意义。近年来，英特尔(intel)、三星(samsung)、国际商业机器(ibm)和意法半导体(stmicroelectronics)等公司以及很多大学和研究所均在积极开发新一代的存储材料和技术，如铁电存储器、磁存储器、和相变存储器等。其中，相变存储器(phasechangerandomaccessmemory，缩写为pcram)具有元件尺寸小、循环寿命长(>1013次)、读取速度快、存储密度高、稳定性强、耐高低温(-55-125℃)、抗振动、以及与现有集成电路工艺相兼容等优点，被认为是最有可能取代当今主流存储器而成为未来的主流存储器(fengrao等，scinece,2017，358：1423-1427)。
pcram是利用电能(热量)使相变材料(pcms)在低阻晶态与高阻非晶态产生可逆相变以实现信息的读取、写入和擦除。一般来说，作为相变存储器的数据记录层，要求相变材料在晶态和非晶态具有良好的稳定性，具有较大的非晶态/晶态电阻比、极快的相变速度、较好的化学稳定性和较低的熔点与热导率等等。目前，相变存储材料主要是硫系化合物，即至少含有一种硫系(第ⅳa族)元素的合金材料。其中，ge2sb2te5(gst)是公认的具有最优良性能的相变存储材料。但是gst也面临相变温度较低、成分偏析等问题。由此，科研人员基本在锗、锑和碲等几种元素中的一种、两种或三种为基体，通过掺杂或构造超晶格实现性能的改性。(huazou等，crystengcomm,2016,18:6365-6369)。znsb体系相变材料具有较快的相变速度，是一种具有应用潜力的相变材料。
镧系元素(别名稀土元素)是指元素周期表中第57号元素镧到71号元素镥15种元素的统称。镧系元素应用极为广泛，在工业上被称为“味精”，在农业上被用来提高农产品产量。本项专利实现了通过镧系元素的掺杂实现了znsb相变材料的改性。
技术实现要素：
为解决现有技术存中gst相变温度较低的缺陷，本发明提供一种镧系元素掺杂的znsb纳米相变材料及其制备方法。
一种镧系元素掺杂的znsb纳米相变材料，其组分表达式为lnx(znisbj)y，其中x，y为原子百分比。其中0<x≤0.30,0.7<y≤1,x+y＝1.00，0<i≤0.20,0.80<j≤1,i+j＝1.00。
优选的，所选znsb基材料中i＝0.15,j＝0.85；
优选的，所选镧系元素掺杂改性的相变材料中，0.006≤x≤0.030；
优选的，所选的镧系元素为ce,er,sm。
所述的相变材料为相变薄膜材料，但其形态不局限于薄膜等纳米材料；相变材料为在外部电脉冲或激光脉冲作用下具有可逆相变的材料。
一种镧系元素掺杂的znsb纳米相变材料的制备方法，包括以下步骤：
1)、清洗sio2/si(100)基片，清洗表面、背面，去除灰尘颗粒、有机和无机杂质；
a)在丙酮溶液中强超声清洗3-5分钟，去离子水冲洗；
b)在乙醇溶液中强超声清洗3-5分钟，去离子水冲洗，高纯n2吹干表面和背面；
c)在120℃烘箱内烘干水汽；
2)、采用磁控溅射方法制备cexsby纳米薄膜前准备：
a)装好sb溅射靶材，将纯铈片直接放置于sb靶表面，靶材的纯度均达到99.999％(原子百分比)，并将本底真空抽至1×10-4pa；
b)设定溅射功率为30w；
c)使用高纯ar作为溅射气体(体积百分比达到99.999％)，设定ar气流量为30sccm，并将溅射气压调节至0.3pa。
3)、采用单靶磁控溅射方法制备相变薄膜薄膜：
a)将空基托旋转到需要溅射靶位，打开靶上所施加的射频电源，依照设定的溅射时间，开始进行溅射，清洁靶材表面；
b)靶材表面清洁完成后，关闭靶上所施加的直流电源，将代溅射基片旋转到靶位，开启靶位电源，依照设定的溅射时间，开始溅射薄膜。
本发明的铈掺杂znsb纳米相变材料的制备方法，可以采用磁控溅射法、化学气相沉积、原子层沉积法、电子束蒸发法、脉冲激光沉积法、电镀法等。其中，磁控溅射法制备最为灵活，以采用ce、er、sm与znsb靶共溅射的方法，也可以采用镧系元素掺杂后的znsb合金靶，还可以采用将纯的镧系元素金属块直接放置于znsb合金靶材上的溅射方法。这些方法都可以按照化学通式的配比制备本发明的相变材料。
有益效果：本发明所提供的相变材料可实现可逆的相变过程，且相变前后的高低电阻的差值较大，易于实现存储中需要分辨的“0”或“1”，是较为理想的相变存储材料；而且制备工艺成熟，易于实现与现有半导体技术的兼容。本发明的相变材料具备较高的晶态和非晶态电阻，这有利于降低相应相变存储器件的功耗。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1：本发明不同的铈掺杂量的znsb相变薄膜材料的原位电阻与温度的关系曲线；
图2：本发明的不同的铒掺杂量的znsb相变薄膜材料的原位电阻与温度的关系曲线；
图3：本发明的不同的钐掺杂量的znsb相变薄膜材料的原位电阻与温度的关系曲线；
图4：本发明的实施例1，2，3，4的样品的阿伦尼乌斯曲线。
图5：本发明的实施例1，5，6，7,8的样品的阿伦尼乌斯曲线。
图6：本发明的实施例1，9，10，11,12的样品的阿伦尼乌斯曲线。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种无镧系元素掺杂的zn15sb85纳米相变材料的制备方法，包括以下步骤：
1)、清洗sio2/si(100)基片，清洗表面、背面，去除灰尘颗粒、有机和无机杂质；
a)在丙酮溶液中强超声清洗3-5分钟，去离子水冲洗；
b)在乙醇溶液中强超声清洗3-5分钟，去离子水冲洗，高纯n2吹干表面和背面；
c)在120℃烘箱内烘干水汽，约20分钟。
2)、采用射频溅射方法制备薄膜前准备：
a)装好zn15sb85溅射靶材，靶材的纯度均达到99.999％(原子百分比)，并将本底真空抽至1×10-4pa；
b)设定溅射功率30w；
c)使用高纯ar气作为溅射气体(体积百分比达到99.999％)，设定ar气流量为30sccm，并将溅射气压调节至0.3pa。
3)、采用磁控溅射方法制备纳米相变薄膜材料：
a)将空基托旋转到靶位，打开靶上所施加的射频电源，依照设定的溅射时间(300s)，开始对靶材进行溅射，清洁靶材表面；
b)靶材表面清洁完成后，关闭靶上所施加的直流电源，将代溅射基片旋转到靶位，开启靶位射频电源，依照设定的溅射时间(125s)，开始溅射单层薄膜。
本实施例制备的无镧系元素掺杂的zn15sb85相变薄膜材料厚度为50nm。
实施例2
一种镧系铈(x＝0.008)的zn15sb85相变薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：
1)、清洗sio2/si(100)基片，清洗表面、背面，去除灰尘颗粒、有机和无机杂质；
a)在丙酮溶液中强超声清洗3-5分钟，去离子水冲洗；
b)在乙醇溶液中强超声清洗3-5分钟，去离子水冲洗，高纯n2吹干表面和背面；
c)在120℃烘箱内烘干水汽，约20分钟。
2)、采用射频溅射方法制备薄膜前准备：
a)装好sb溅射靶材，在将厚度为2mm,直径为40mm,弧度为15度的扇形ce片一片放置于zn15sb85靶表面，并使其圆心重合。靶材的纯度均达到99.999％(原子百分比)，并将本底真空抽至1×10-4pa；
b)设定溅射功率30w；
c)使用高纯ar气作为溅射气体(体积百分比达到99.999％)，设定ar气流量为30sccm，并将溅射气压调节至0.3pa。
3)、采用磁控溅射方法制备纳米相变薄膜材料：
a)将空基托旋转到靶位，打开靶上所施加的射频电源，依照设定的溅射时间(300s)，开始对靶材进行溅射，清洁靶材表面；
b)靶材表面清洁完成后，关闭靶上所施加的直流电源，将代溅射基片旋转到靶位，开启靶位射频电源，依照设定的溅射时间(125s)，开始溅射单层薄膜。
本实施例制备稀土铈掺杂(x＝0.008)的zn15sb85相变薄膜材料，厚度50nm。
实施例3
一种镧系ce掺杂(x＝0.012)的zn15sb85纳米相变材料的制备方法，包括以下步骤：
制备步骤为：
1)、清洗sio2/si(100)基片，清洗表面、背面，去除灰尘颗粒、有机和无机杂质；
a)在丙酮溶液中强超声清洗3-5分钟，去离子水冲洗；
b)在乙醇溶液中强超声清洗3-5分钟，去离子水冲洗，高纯n2吹干表面和背面；
c)在120℃烘箱内烘干水汽，约20分钟。
2)、采用射频溅射方法制备薄膜前准备：
a)装好zn15sb85溅射靶材，在将厚度为2mm,直径为40mm,弧度为15度的两片扇形铈片放置于zn15sb85靶表面，并使其圆心重合。靶材的纯度均达到99.999％(原子百分比)，并将本底真空抽至1×10-4pa；
b)设定溅射功率30w；
c)使用高纯ar气作为溅射气体(体积百分比达到99.999％)，设定ar气流量为30sccm，并将溅射气压调节至0.3pa。
3)、采用磁控溅射方法制备纳米相变薄膜材料：
a)将空基托旋转到靶位，打开靶上所施加的射频电源，依照设定的溅射时间(300s)，开始对靶材进行溅射，清洁靶材表面；
b)靶材表面清洁完成后，关闭靶上所施加的直流电源，将代溅射基片旋转到靶位，开启靶位射频电源，依照设定的溅射时间(125s)，开始溅射单层薄膜。
本实施例制备的稀土ce掺杂(x＝0.012)的zn15sb85纳米相变材料相变薄膜材料厚度为50nm。
实施例4
一种镧系铈掺杂(x＝0.024)的zn15sb85相变薄膜材料的制备方法，包括以下步骤：
制备步骤为：
1)、清洗sio2/si(100)基片，清洗表面、背面，去除灰尘颗粒、有机和无机杂质；
a)在丙酮溶液中强超声清洗3-5分钟，去离子水冲洗；
b)在乙醇溶液中强超声清洗3-5分钟，去离子水冲洗，高纯n2吹干表面和背面；
c)在120℃烘箱内烘干水汽，约20分钟。
2)、采用射频溅射方法制备薄膜前准备：
a)装好zn15sb85溅射靶材，在将厚度为2mm,直径为40mm,弧度为15度的三片扇形铈片放置于于zn15sb85靶表面，并使其圆心重合。靶材的纯度均达到99.999％(原子百分比)，并将本底真空抽至1×10-4pa；
b)设定溅射功率30w；
c)使用高纯ar气作为溅射气体(体积百分比达到99.999％)，设定ar气流量为30sccm，并将溅射气压调节至0.3pa。
3)、采用磁控溅射方法制备纳米相变薄膜材料：
a)将空基托旋转到靶位，打开靶上所施加的射频电源，依照设定的溅射时间(300s)，开始对靶材进行溅射，清洁靶材表面；
b)靶材表面清洁完成后，关闭靶上所施加的直流电源，将代溅射基片旋转到靶位，开启靶位射频电源，依照设定的溅射时间(125s)，开始溅射单层薄膜。
本实施例制备的稀土铈掺杂(x＝0.024)的zn15sb85相变薄膜材料厚度为50nm。
实施例5
本例制备稀土er掺杂(x＝0.006)的zn15sb85相变薄膜材料，厚度50nm。
制备步骤为：
1)、清洗sio2/si(100)基片，清洗表面、背面，去除灰尘颗粒、有机和无机杂质；
a)在丙酮溶液中强超声清洗3-5分钟，去离子水冲洗；
b)在乙醇溶液中强超声清洗3-5分钟，去离子水冲洗，高纯n2吹干表面和背面；
c)在120℃烘箱内烘干水汽，约20分钟。
2)、采用射频溅射方法制备薄膜前准备：
a)装好zn15sb85溅射靶材，在将厚度为2mm,直径为40mm,弧度为15度的一片扇形er片放置于zn15sb85靶表面，并使其圆心重合。靶材的纯度均达到99.999％(原子百分比)，并将本底真空抽至1×10-4pa；
b)设定溅射功率30w；
c)使用高纯ar气作为溅射气体(体积百分比达到99.999％)，设定ar气流量为30sccm，并将溅射气压调节至0.3pa。
3)、采用磁控溅射方法制备纳米相变薄膜材料：
a)将空基托旋转到靶位，打开靶上所施加的射频电源，依照设定的溅射时间(300s)，开始对靶材进行溅射，清洁靶材表面；
b)靶材表面清洁完成后，关闭靶上所施加的直流电源，将代溅射基片旋转到靶位，开启靶位射频电源，依照设定的溅射时间(125s)，开始溅射单层薄膜。
实施例6
本例制备稀土铒掺杂(x＝0.012)的zn15sb85相变薄膜材料，厚度50nm。
制备步骤为：
1)、清洗sio2/si(100)基片，清洗表面、背面，去除灰尘颗粒、有机和无机杂质；
a)在丙酮溶液中强超声清洗3-5分钟，去离子水冲洗；
b)在乙醇溶液中强超声清洗3-5分钟，去离子水冲洗，高纯n2吹干表面和背面；
c)在120℃烘箱内烘干水汽，约20分钟。
2)、采用射频溅射方法制备薄膜前准备：
a)装好zn15sb85溅射靶材，在将厚度为2mm,直径为40mm,弧度为15度的二片扇形er片放置于zn15sb85靶表面，并使其圆心重合。靶材的纯度均达到99.999％(原子百分比)，并将本底真空抽至1×10-4pa；
b)设定溅射功率30w；
c)使用高纯ar气作为溅射气体(体积百分比达到99.999％)，设定ar气流量为30sccm，并将溅射气压调节至0.3pa。
3)、采用磁控溅射方法制备纳米相变薄膜材料：
a)将空基托旋转到靶位，打开靶上所施加的射频电源，依照设定的溅射时间(300s)，开始对靶材进行溅射，清洁靶材表面；
b)靶材表面清洁完成后，关闭靶上所施加的直流电源，将代溅射基片旋转到靶位，开启靶位射频电源，依照设定的溅射时间(125s)，开始溅射单层薄膜。
实施例7
本例制备稀土铒掺杂(x＝0.018)的zn15sb85相变薄膜材料，厚度50nm。
制备步骤为：
1)、清洗sio2/si(100)基片，清洗表面、背面，去除灰尘颗粒、有机和无机杂质；
a)在丙酮溶液中强超声清洗3-5分钟，去离子水冲洗；
b)在乙醇溶液中强超声清洗3-5分钟，去离子水冲洗，高纯n2吹干表面和背面；
c)在120℃烘箱内烘干水汽，约20分钟。
2)、采用射频溅射方法制备薄膜前准备：
a)装好zn15sb85溅射靶材，在将厚度为2mm,直径为40mm,弧度为15度的三片扇形er片放置于zn15sb85靶表面，并使其圆心重合。靶材的纯度均达到99.999％(原子百分比)，并将本底真空抽至1×10-4pa；
b)设定溅射功率30w；
c)使用高纯ar气作为溅射气体(体积百分比达到99.999％)，设定ar气流量为30sccm，并将溅射气压调节至0.3pa。
3)、采用磁控溅射方法制备纳米相变薄膜材料：
a)将空基托旋转到靶位，打开靶上所施加的射频电源，依照设定的溅射时间(300s)，开始对靶材进行溅射，清洁靶材表面；
b)靶材表面清洁完成后，关闭靶上所施加的直流电源，将代溅射基片旋转到靶位，开启靶位射频电源，依照设定的溅射时间(125s)，开始溅射单层薄膜。
实施例8
本例制备稀土铒掺杂(x＝0.024)的zn15sb85相变薄膜材料，厚度50nm。
制备步骤为：
1)、清洗sio2/si(100)基片，清洗表面、背面，去除灰尘颗粒、有机和无机杂质；
a)在丙酮溶液中强超声清洗3-5分钟，去离子水冲洗；
b)在乙醇溶液中强超声清洗3-5分钟，去离子水冲洗，高纯n2吹干表面和背面；
c)在120℃烘箱内烘干水汽，约20分钟。
2)、采用射频溅射方法制备薄膜前准备：
a)装好zn15sb85溅射靶材，在将厚度为2mm,直径为40mm,弧度为15度的四片扇形铒片放置于zn15sb85靶表面，并使其圆心重合。靶材的纯度均达到99.999％(原子百分比)，并将本底真空抽至1×10-4pa；
b)设定溅射功率30w；
c)使用高纯ar气作为溅射气体(体积百分比达到99.999％)，设定ar气流量为30sccm，并将溅射气压调节至0.3pa。
3)、采用磁控溅射方法制备纳米相变薄膜材料：
a)将空基托旋转到靶位，打开靶上所施加的射频电源，依照设定的溅射时间(300s)，开始对靶材进行溅射，清洁靶材表面；
b)靶材表面清洁完成后，关闭靶上所施加的直流电源，将代溅射基片旋转到靶位，开启靶位射频电源，依照设定的溅射时间(125s)，开始溅射单层薄膜。
实施例9
本例制备稀土钐掺杂(x＝0.003)的zn15sb85相变薄膜材料，厚度50nm。
制备步骤为：
1)、清洗sio2/si(100)基片，清洗表面、背面，去除灰尘颗粒、有机和无机杂质；
a)在丙酮溶液中强超声清洗3-5分钟，去离子水冲洗；
b)在乙醇溶液中强超声清洗3-5分钟，去离子水冲洗，高纯n2吹干表面和背面；
c)在120℃烘箱内烘干水汽，约20分钟。
2)、采用射频溅射方法制备薄膜前准备：
a)装好zn15sb85溅射靶材，在将厚度为2mm,直径为40mm,弧度为15度的一片扇形钐片放置于zn15sb85靶表面，并使其圆心重合。靶材的纯度均达到99.999％(原子百分比)，并将本底真空抽至1×10-4pa；
b)设定溅射功率30w；
c)使用高纯ar气作为溅射气体(体积百分比达到99.999％)，设定ar气流量为30sccm，并将溅射气压调节至0.3pa。
3)、采用磁控溅射方法制备纳米相变薄膜材料：
a)将空基托旋转到靶位，打开靶上所施加的射频电源，依照设定的溅射时间(300s)，开始对靶材进行溅射，清洁靶材表面；
b)靶材表面清洁完成后，关闭靶上所施加的直流电源，将代溅射基片旋转到靶位，开启靶位射频电源，依照设定的溅射时间(125s)，开始溅射单层薄膜。
实施例10
本例制备稀土钐掺杂(x＝0.006)的zn15sb85相变薄膜材料，厚度50nm。
制备步骤为：
1)、清洗sio2/si(100)基片，清洗表面、背面，去除灰尘颗粒、有机和无机杂质；
a)在丙酮溶液中强超声清洗3-5分钟，去离子水冲洗；
b)在乙醇溶液中强超声清洗3-5分钟，去离子水冲洗，高纯n2吹干表面和背面；
c)在120℃烘箱内烘干水汽，约20分钟。
2)、采用射频溅射方法制备薄膜前准备：
a)装好zn15sb85溅射靶材，在将厚度为2mm,直径为40mm,弧度为15度的二片扇形钐片放置于zn15sb85靶表面，并使其圆心重合。靶材的纯度均达到99.999％(原子百分比)，并将本底真空抽至1×10-4pa；
b)设定溅射功率30w；
c)使用高纯ar气作为溅射气体(体积百分比达到99.999％)，设定ar气流量为30sccm，并将溅射气压调节至0.3pa。
3)、采用磁控溅射方法制备纳米相变薄膜材料：
a)将空基托旋转到靶位，打开靶上所施加的射频电源，依照设定的溅射时间(300s)，开始对靶材进行溅射，清洁靶材表面；
b)靶材表面清洁完成后，关闭靶上所施加的直流电源，将代溅射基片旋转到靶位，开启靶位射频电源，依照设定的溅射时间(125s)，开始溅射单层薄膜。
实施例11
本例制备稀土钐掺杂(x＝0.009)的zn15sb85相变薄膜材料，厚度50nm。
制备步骤为：
1)、清洗sio2/si(100)基片，清洗表面、背面，去除灰尘颗粒、有机和无机杂质；
a)在丙酮溶液中强超声清洗3-5分钟，去离子水冲洗；
b)在乙醇溶液中强超声清洗3-5分钟，去离子水冲洗，高纯n2吹干表面和背面；
c)在120℃烘箱内烘干水汽，约20分钟。
2)、采用射频溅射方法制备薄膜前准备：
a)装好zn15sb85溅射靶材，在将厚度为2mm,直径为40mm,弧度为15度的三片扇形钐片放置于zn15sb85靶表面，并使其圆心重合。靶材的纯度均达到99.999％(原子百分比)，并将本底真空抽至1×10-4pa；
b)设定溅射功率30w；
c)使用高纯ar气作为溅射气体(体积百分比达到99.999％)，设定ar气流量为30sccm，并将溅射气压调节至0.3pa。
3)、采用磁控溅射方法制备纳米相变薄膜材料：
a)将空基托旋转到靶位，打开靶上所施加的射频电源，依照设定的溅射时间(300s)，开始对靶材进行溅射，清洁靶材表面；
b)靶材表面清洁完成后，关闭靶上所施加的直流电源，将代溅射基片旋转到靶位，开启靶位射频电源，依照设定的溅射时间(125s)，开始溅射单层薄膜。
实施例12
本例制备稀土钐掺杂(x＝0.012)的zn15sb85相变薄膜材料，厚度50nm。
制备步骤为：
1)、清洗sio2/si(100)基片，清洗表面、背面，去除灰尘颗粒、有机和无机杂质；
a)在丙酮溶液中强超声清洗3-5分钟，去离子水冲洗；
b)在乙醇溶液中强超声清洗3-5分钟，去离子水冲洗，高纯n2吹干表面和背面；
c)在120℃烘箱内烘干水汽，约20分钟。
2)、采用射频溅射方法制备薄膜前准备：
a)装好zn15sb85溅射靶材，在将厚度为2mm,直径为40mm,弧度为15度的四片扇形钐片放置于zn15sb85靶表面，并使其圆心重合。靶材的纯度均达到99.999％(原子百分比)，并将本底真空抽至1×10-4pa；
b)设定溅射功率30w；
c)使用高纯ar气作为溅射气体(体积百分比达到99.999％)，设定ar气流量为30sccm，并将溅射气压调节至0.3pa。
3)、采用磁控溅射方法制备纳米相变薄膜材料：
a)将空基托旋转到靶位，打开靶上所施加的射频电源，依照设定的溅射时间(300s)，开始对靶材进行溅射，清洁靶材表面；
b)靶材表面清洁完成后，关闭靶上所施加的直流电源，将代溅射基片旋转到靶位，开启靶位射频电源，依照设定的溅射时间(125s)，开始溅射单层薄膜。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。