CN102117885A - 用于相变存储器的纳米复合多层相变薄膜材料 - Google Patents
用于相变存储器的纳米复合多层相变薄膜材料 Download PDFInfo
- Publication number
- CN102117885A CN102117885A CN 201010566541 CN201010566541A CN102117885A CN 102117885 A CN102117885 A CN 102117885A CN 201010566541 CN201010566541 CN 201010566541 CN 201010566541 A CN201010566541 A CN 201010566541A CN 102117885 A CN102117885 A CN 102117885A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- gete
- film
- phase transition
- film material
- multilayer nanocomposite
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Physical Vapour Deposition (AREA)
Abstract
本发明属于微电子材料技术领域,涉及一种用于相变存储器的纳米复合多层相变薄膜材料。本发明GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料中单层GeTe薄膜和单层Ge2Sb2Te5薄膜交替排列成多层薄膜结构,单层GeTe薄膜和单层Ge2Sb2Te5薄膜的厚度均为1~15nm。本发明薄膜材料结晶温度随周期中单层GeTe薄膜厚度的增加而升高,且基于GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料的相变存储单元可通过电脉冲来实现高阻态和低阻态之间的可逆转变;所述材料比Ge2Sb2Te5材料有更高的结晶温度,更好的非晶态热稳定性;更低的器件操作电压,从而具有更低的功耗。
Description
技术领域
本发明属于微电子材料技术领域,涉及一种用于相变存储器的纳米复合多层相变薄膜材料。
背景技术
相变存储器(PCM)具有高速、高可靠性、低功耗、长循环寿命等优点,并且特征尺寸缩小能力优越,使得PCM极有可能取代目前的FLASH,成为未来非挥发存储技术市场主流产品最具竞争者之一。相变存储器的操作原理是基于硫系化合物合金薄膜在电场激发下晶态和非晶态的可逆相变,这些材料的晶态和非晶态有着巨大差异的电阻率,分别对应着二进制数字的“1”和“0”。
目前广泛应用于相变存储器的相变材料是GeTe-Sb2Te3伪二元化合物,其中对于组份Ge2Sb2Te5(GST)的研究最多,然而GST存在着一些缺陷,例如低的结晶温度使得非晶态的热稳定性较差,高的RESET电流导致器件单元的操作功耗较高。因此,如何寻求一种具有良好热稳定性、低功耗的相变薄膜材料,已成为本技术领域人员急需解决的关键问题。
经对现有技术的文献检索发现,Bi2Te3/Sb2Te3(J.Appl.Phys.,90:763,2001)、InAs/AlSb(Microscale Thermophys.Eng.,5:225,2001)、GaAs/AlGaAs(J.Heat.Trans-T ASME.,116:325,1994)和Si/Ge(Appl.Phys.Lett.,70:2957,1997)等超晶格材料的热导率明显低于其三维体材料的热导率,纳米复合多层薄膜是由两种或两种以上的材料以纳米级厚度交替沉积而成的多层结构薄膜,通过对周期厚度和周期数的调制,可以制备类超晶格的纳米复合多层薄膜材料。对于相变存储材料来说,较低的热导率可以降低器件在编程过程中的热量损失,从而提高了热量的利用率,达到降低器件功耗的目的;同时,由于多层薄膜各个组分间“取长补短”,使得多层薄膜具备单层薄膜难以达到的各种特殊性能,引起了人们的极大关注。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的缺点和不足,提供一种用于相变存储器的GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料,所述相变薄膜材料具有相对较高的结晶温度、良好的热稳定性,同时还具有较低的器件单元操作电压,所述相变薄膜材料通过射频交替沉积纳米级的Ge2Sb2Te5薄膜和GeTe薄膜而成。
为了解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案:
一种用于相变存储器的GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料,所述GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料中单层GeTe薄膜和单层Ge2Sb2Te5薄膜交替排列成多层膜结构,所述单层GeTe薄膜的厚度为1~15nm,所述单层Ge2Sb2Te5薄膜的厚度为1~15nm。
本发明的用于相变存储器的GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料的结构符合如下通式:
[GeTe(a)/Ge2Sb2Te5(b)]x,
式中a、b分别表示所述单层GeTe薄膜和单层Ge2Sb2Te5薄膜的厚度,1≤a≤15nm,1≤b≤15nm;x表示所述GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料中所述单层GeTe薄膜和所述单层Ge2Sb2Te5薄膜的调制周期数,x为正整数,且x通过薄膜总厚度与所述单层GeTe薄膜及所述单层Ge2Sb2Te5薄膜的厚度计算得出,优选为5≤x≤17。
较佳的,本发明所述的GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料结构符合下式:
[GeTe(a)/Ge2Sb2Te5(b)]x,其中,1≤a≤15nm,b=5nm;其中优选组分如[GeTe(5nm)/Ge2Sb2Te5(5nm)]10和[GeTe(7nm)/Ge2Sb2Te5(5nm)]8。
较佳的,本发明所述的GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料结构符合下式:
[GeTe(a)/Ge2Sb2Te5(b)]x,其中,a=5nm,1≤b≤15nm;
优选的,本发明所述的用于相变存储器的GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料的总厚度为100nm。
较佳的,本发明所述用于相变存储器的GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料的盖帽层为GeTe薄膜。
本发明所述用于相变存储器的GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料的结晶温度随着周期中单层GeTe薄膜厚度的增加而升高,并且基于GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料的相变存储器件单元可以通过电脉冲来实现高阻态和低阻态之间的可逆转变。
本发明的优势在于:本发明所述的GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料的结晶温度可以通过周期中GeTe层厚度进行调制,本发明所述的GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料比目前常用的Ge2Sb2Te5材料有着更高的结晶温度,有着更好的非晶态热稳定性。本发明所述用于相变存储器的GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料比Ge2Sb2Te5材料有着更低的器件操作电压,从而这种材料比Ge2Sb2Te5有着更低的功耗。
本发明所述的GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料采用磁控交替溅射方法制备,衬底采用SiO2/Si(100)基片,溅射靶材为GeTe和Ge2Sb2Te5,溅射气体为Ar气。
较佳的,所述GeTe靶材的纯度在质量百分比99.999%以上,所述Ge2Sb2Te5靶材的纯度在质量百分比99.999%以上,本底真空度不大于1×10-4Pa。
较佳的,所述GeTe和Ge2Sb2Te5靶材都采用射频电源,且溅射射频功率为15~25W。
较佳的,所述Ar气的纯度为体积百分比99.999%以上,气体流量为25~35SCCM,溅射气压为0.15~0.25Pa。
本发明所述GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料的制备过程具体包括以下步骤:
1)清洗SiO2/Si(100)基片;
2)安装好溅射靶材:设定射频功率,设定溅射气体流量及溅射气压;
3)采用室温磁控交替溅射方法制备GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料:
a)将基片旋转到Ge2Sb2Te5靶位,打开Ge2Sb2Te5靶上的射频电源,依照设定的溅射时间,开始溅射Ge2Sb2Te5薄膜;
b)Ge2Sb2Te5薄膜溅射完成后,关闭Ge2Sb2Te5靶上所施加的射频电源,将基片旋转到GeTe靶位,开启GeTe靶上的射频电源,依照设定的溅射时间,开始溅射GeTe薄膜;
c)重复a)和b)两步,即在SiO2/Si(100)基片上制备GeTe/Ge2Sb2Te5…GeTe/Ge2Sb2Te5/SiO2/Si多层薄膜材料;在薄膜总厚度固定的前提下,通过调制GeTe、Ge2Sb2Te5靶材的溅射时间来控制多层薄膜周期中GeTe和Ge2Sb2Te5薄膜的厚度和周期数,从而形成所需结构的GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料。
本发明的GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料的结晶温度可以通过多层薄膜周期中单层GeTe薄膜的厚度或者单层Ge2Sb2Te5薄膜的厚度来调制,且其中多层薄膜周期中单层GeTe薄膜和单层Ge2Sb2Te5薄膜的厚度可以通过溅射时间来调控。
本发明所述用于相变存储器的GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料具有如下特点:首先,GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料的结晶温度可以通过周期中单层GeTe薄膜或者单层Ge2Sb2Te5薄膜的厚度来调制,且随着GeTe薄膜厚度的增加而升高;其次,GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料比传统的Ge2Sb2Te5材料具有更好的热稳定性;再次,基于GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料的相变存储器件比基于Ge2Sb2Te5的相变存储器件具有更低的操作电压。
所述GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料的相变存储器件显示出良好的循环操作特性,高低电阻之间有大于100的比例,因此具有良好的热稳定性和开关比,充分说明其在相变存储器应用上的巨大潜力。
附图说明
图1为实施例1中[GeTe(a)/Ge2Sb2Te5(5nm)]x纳米复合多层相变薄膜材料和对比例1的GeTe薄膜、对比例2的Ge2Sb2Te5薄膜的电阻与温度的关系曲线。
图2为实施例1中基于[GeTe(5nm)/Ge2Sb2Te5(5nm)]10纳米复合多层相变薄膜材料的相变存储器存储单元的I-V特性曲线。
图3为基于对比例2的Ge2Sb2Te5的相变存储器存储单元的I-V特性曲线。
图4为实施例1中基于[GeTe(5nm)/Ge2Sb2Te5(5nm)]10纳米复合多层相变薄膜材料的相变存储器储单元的在不同脉冲宽度时的R-V特性曲线。
图5为基于对比例2的Ge2Sb2Te5的相变存储器存储单元在不同脉冲宽度时的R-V特性曲线。
图6为实施例1中基于[GeTe(5nm)/Ge2Sb2Te5(5nm)]10纳米复合多层相变薄膜材料的相变存储器存储单元的循环操作疲劳特性。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步阐述本发明,应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。
实施例1
制备以下结构的GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料,其薄膜材料的结构具体为[GeTe(5nm)/Ge2Sb2Te5(5nm)]10和[GeTe(7nm)/Ge2Sb2Te5(5nm)]8,且所述GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料的总厚度为100nm。
具体制备步骤如下:
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;在丙酮溶液中强超声清洗3-5分钟,去离子水冲洗;然后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;在120℃烘箱内烘干水汽,约20分钟;
2)安装好溅射靶材:设定射频功率,设定溅射气体流量及溅射气压;
3)采用室温磁控交替溅射方法制备GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料:a)将基片旋转到Ge2Sb2Te5靶位,打开Ge2Sb2Te5靶上的射频电源,开始溅射Ge2Sb2Te5薄膜,溅射时间固定为15s;b)Ge2Sb2Te5薄膜溅射完成后,关闭Ge2Sb2Te5靶上所施加的射频电源,将基片旋转到GeTe靶位,开启GeTe靶上的射频电源,依照设定的溅射时间,开始溅射GeTe薄膜;c)重复a)和b)两步,即在SiO2/Si(100)基片上制备GeTe/Ge2Sb2Te5…GeTe/Ge2Sb2Te5/SiO2/Si多层薄膜材料;在薄膜总厚度固定的前提下,通过调制GeTe靶材的溅射时间来控制多层薄膜周期中GeTe薄膜的厚度和周期数,从而形成所需结构的GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料;溅射过程中,衬底采用SiO2/Si(100)基片,溅射靶材为纯度在质量百分比99.999%以上的GeTe和99.999%以上的Ge2Sb2Te5,本底真空度不大于1×10-4Pa,溅射气体为体积百分比99.999%以上的Ar气;气体流量为30SCCM,溅射气压为0.2Pa,溅射射频功率为20W。
对比例1
制备厚度为100nm的GeTe相变薄膜,包括以下步骤:
步骤1清洗SiO2/Si(100)基片;
步骤2采用室温磁控溅射的方法制备GeTe相变薄膜前准备:
a)安装好GeTe合金靶,靶的纯度为99.999%(质量百分比),本底真空度优于1×10-4Pa;
b)射频功率定为20W;
c)使用纯度为99.999%的Ar气作为溅射气体,气体流量控制在30SCCM,溅射气压为0.2Pa。
步骤3采用室温磁控交替溅射方法制备GeTe相变薄膜,将基片旋转到GeTe靶位,打开GeTe靶上的射频电源,开始溅射GeTe薄膜,即在SiO2/Si(100)衬底上制备了GeTe相变薄膜,薄膜的厚度控制在100nm。
对比例2
制备厚度为100nm的Ge2Sb2Te5相变薄膜,包括以下步骤:
步骤1清洗SiO2/Si(100)基片;
步骤2采用室温磁控溅射的方法制备Ge2Sb2Te5相变薄膜前准备:
a)安装好Ge2Sb2Te5合金靶,靶的纯度为99.999%(质量百分比),本底真空度优于1×10-4Pa;
b)射频功率定为20W;
c)使用纯度为99.999%的Ar气作为溅射气体,气体流量控制在30SCCM,溅射气压为0.2Pa。
步骤3采用室温磁控交替溅射方法制备Ge2Sb2Te5相变薄膜,将基片旋转到Ge2Sb2Te5靶位,打开Ge2Sb2Te5靶上的射频电源,开始溅射Ge2Sb2Te5薄膜,即在SiO2/Si(100)衬底上制备了Ge2Sb2Te5相变薄膜,薄膜的厚度控制在100nm。
将实施例1、对比例1和对比例2所得的相变薄膜材料进行检测得到图1-图5。图1为实施例1中[GeTe(a)/Ge2Sb2Te5(5nm)]x纳米复合多层相变薄膜材料和对比例1的GeTe薄膜、对比例2的Ge2Sb2Te5薄膜的电阻与温度的关系曲线。测试过程中的升温速率为10℃/min。从图中看出,在室温下,所有的薄膜材料都处于高阻态,随着加热温度的升高,电阻缓慢下降,达到结晶温度时电阻发生快速的下降,[GeTe(5nm)/Ge2Sb2Te5(5nm)]10和[GeTe(7nm)/Ge2Sb2Te5(5nm)]8薄膜结晶温度分别为188℃和197℃,表明该纳米复合多层相变薄膜材料的结晶温度随着周期中GeTe薄膜厚度的增加而升高,相应材料的非晶态热稳定性逐渐增强。而GeTe薄膜的厚度主要依赖于GeTe靶材的溅射时间,因此可以通过调节GeTe靶材的溅射时间来调制纳米复合多层相变薄膜材料的结晶温度。从图1还可以看出,在相变前后,GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料的非晶态和晶态电阻变化约5个数量级,能够满足相变存储器开关比性能的要求。
图2为实施例1中基于[GeTe(5nm)/Ge2Sb2Te5(5nm)]10纳米复合多层相变薄膜材料的相变存储器存储单元的I-V特性曲线,图3为基于对比例2的Ge2Sb2Te5相变存储器存储单元的I-V特性曲线。从图2和图3中可见,基于[GeTe(5nm)/Ge2Sb2Te5(5nm)]10纳米复合多层相变薄膜材料相变存储器存储单元的阈值电压和阈值电流分别为1.23V和3μA,此时,[GeTe(5nm)/Ge2Sb2Te5(5nm)]10纳米复合多层相变薄膜材料从高阻态转变为低阻态,这两个值都小于同比条件下Ge2Sb2Te5器件的电压和电流,分别为3.43V和5μA。
图4为实施例1中基于[GeTe(5nm)/Ge2Sb2Te5(5nm)]10纳米复合多层相变薄膜材料的相变存储器储单元在不同脉冲宽度时的R-V特性曲线,图5为基于对比例2的Ge2Sb2Te5相变存储器存储单元在不同脉冲宽度下的R-V特性曲线。从图4和图5中可见,通过施加电脉冲可以实现存储单元高阻态和低阻态间的可逆转变,同时基于[GeTe(5nm)/Ge2Sb2Te5(5nm)]10纳米复合多层相变薄膜的相变存储器存储单元SET和RESET操作电压都比Ge2Sb2Te5降低,这主要归因于[GeTe(5nm)/Ge2Sb2Te5(5nm)]10纳米复合多层薄膜较低的热导率,使得器件的加热效率得到提高。
图6为实施例1中基于[GeTe(5nm)/Ge2Sb2Te5(5nm)]10纳米复合多层相变薄膜材料的相变存储器存储单元的循环操作疲劳特性。从图6看出,器件单元显示出良好的循环操作特性(约2×105次循环),高低电阻之间有大于100的比例。这也证明了GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料具有良好的热稳定性,保证了器件的可靠操作。
实施例2
制备结构分别为[GeTe(15nm)/Ge2Sb2Te5(5nm)]5、[GeTe(5nm)/Ge2Sb2Te5(1nm)]17、[GeTe(1nm)/Ge2Sb2Te5(15nm)]6和[GeTe(1nm)/Ge2Sb2Te5(5nm)]17的GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料,且所述GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料的总厚度分别为100nm、102nm、96nm和102nm。
具体制备步骤如下:
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;在丙酮溶液中强超声清洗3-5分钟,去离子水冲洗;然后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;在120℃烘箱内烘干水汽,约20分钟;
2)安装好溅射靶材:设定射频功率,设定溅射气体流量及溅射气压;
采用室温磁控交替溅射方法制备GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料:a)将基片旋转到Ge2Sb2Te5靶位,打开Ge2Sb2Te5靶上的射频电源,依照设定的溅射时间分别为15s、5s、75s和15s,开始溅射Ge2Sb2Te5薄膜;b)Ge2Sb2Te5薄膜溅射完成后,关闭Ge2Sb2Te5靶上所施加的射频电源,将基片旋转到GeTe靶位,开启GeTe靶上的射频电源,开始溅射GeTe薄膜,溅射时间分别设定为30s、10s、2s和2s;c)重复a)和b)两步,即在SiO2/Si(100)基片上制备GeTe/Ge2Sb2Te5…GeTe/Ge2Sb2Te5/SiO2/Si多层薄膜材料;在薄膜总厚度固定的前提下,通过调制GeTe靶材和Ge2Sb2Te5靶材的交替溅射时间来控制多层薄膜周期中Ge2Sb2Te5薄膜的厚度和周期数,从而形成所需结构的[GeTe(15nm)/Ge2Sb2Te5(5nm)]5、[GeTe(5nm)/Ge2Sb2Te5(1nm)]17、[GeTe(1nm)/Ge2Sb2Te5(15nm)]6和[GeTe(1nm)/Ge2Sb2Te5(5nm)]17的纳米复合多层相变薄膜材料;溅射过程中,衬底采用SiO2/Si(100)基片,溅射靶材为纯度在质量百分比99.999%以上的GeTe和99.999%以上的Ge2Sb2Te5,本底真空度不大于1×10-4Pa,溅射气体为体积百分比99.999%以上的Ar气;气体流量为30SCCM,溅射气压为0.2Pa,溅射射频功率为20W。
将实施例2所得的相变薄膜材料[GeTe(15nm)/Ge2Sb2Te5(5nm)]5、[GeTe(5nm)/Ge2Sb2Te5(1nm)]17、[GeTe(1nm)/Ge2Sb2Te5(15nm)]6和[GeTe(1nm)/Ge2Sb2Te5(5nm)]17分别进行检测可知,所得纳米复合多层相变薄膜材料的结晶温度均随着周期中GeTe薄膜厚度的增加而升高,相应的材料非晶态热稳定性也更强;且在相变前后,GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料的非晶态和晶态电阻变化均约5个数量级,能够满足相变存储器存储性能的要求。本实施例所得的材料可以通过周期中GeTe层厚度进行调制,均比目前常用的Ge2Sb2Te5材料有着更高的结晶温度,有着更好的非晶态热稳定性。
经检测,从所得纳米复合多层相变薄膜材料的相变存储器存储单元的I-V特性曲线中均可知,所得材料从高阻态转变为低阻态的电压和电流,都小于同比条件下Ge2Sb2Te5器件的电压和电流。
经检测,从所得纳米复合多层相变薄膜材料的相变存储器储单元在不同脉冲宽度时的R-V特性曲线可知,通过施加电脉冲均可以实现存储单元高阻态和低阻态间的可逆转变,同时基于所得纳米复合多层相变薄膜的相变存储器存储单元SET和RESET操作电压都比Ge2Sb2Te5降低,比Ge2Sb2Te5材料有着更低的功耗,这主要归因于所得的纳米复合多层薄膜均具有较低的热导率,使得器件的加热效率得到提高。
经检测,从所得纳米复合多层相变薄膜材料的相变存储器储单元保持了良好了循环操作疲劳特性,高低电阻之间保持了大于100的比例。
实施例3
制备结构为[GeTe(5nm)/Ge2Sb2Te5(5nm)]10的GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料,且所述GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料的总厚度为100nm。
具体制备步骤如下:
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;在丙酮溶液中强超声清洗3-5分钟,去离子水冲洗;然后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;在120℃烘箱内烘干水汽,约20分钟;
2)安装好溅射靶材:设定射频功率,设定溅射气体流量及溅射气压;
采用室温磁控交替溅射方法制备GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料:a)将基片旋转到Ge2Sb2Te5靶位,打开Ge2Sb2Te5靶上的射频电源,依照设定的溅射时间为10s,开始溅射Ge2Sb2Te5薄膜;b)Ge2Sb2Te5薄膜溅射完成后,关闭Ge2Sb2Te5靶上所施加的射频电源,将基片旋转到GeTe靶位,开启GeTe靶上的射频电源,开始溅射GeTe薄膜,溅射时间分别设定为5s;c)重复a)和b)两步,即在SiO2/Si(100)基片上制备GeTe/Ge2Sb2Te5…GeTe/Ge2Sb2Te5/SiO2/Si多层薄膜材料;在薄膜总厚度固定的前提下,通过调制GeTe靶材和Ge2Sb2Te5靶材的交替溅射时间来控制多层薄膜周期中Ge2Sb2Te5薄膜的厚度和周期数,从而形成结构为[GeTe(5nm)/Ge2Sb2Te5(5nm)]10的纳米复合多层相变薄膜材料;溅射过程中,衬底采用SiO2/Si(100)基片,溅射靶材为纯度在质量百分比99.999%以上的GeTe和99.999%以上的Ge2Sb2Te5,本底真空度不大于1×10-4Pa,溅射气体为体积百分比99.999%以上的Ar气;气体流量为25SCCM,溅射气压为0.25Pa,溅射射频功率为25W。
将实施例3所得的相变薄膜材料[GeTe(5nm)/Ge2Sb2Te5(5nm)]10进行检测可知,所得纳米复合多层相变薄膜材料比Ge2Sb2Te5材料有更高的结晶温度,更好的非晶态热稳定性;在相变前后,其非晶态和晶态电阻变化约5个数量级,能够满足相变存储器存储性能的要求。
经检测,从所得纳米复合多层相变薄膜材料的相变存储器存储单元的I-V特性曲线中均可知,所得材料从高阻态转变为低阻态的电压和电流,都小于同比条件下Ge2Sb2Te5器件的电压和电流。
经检测,从所得纳米复合多层相变薄膜材料的相变存储器储单元在不同脉冲宽度时的R-V特性曲线可知,通过施加电脉冲可以实现存储单元高阻态和地阻态间的可逆转变,同时基于所得纳米复合多层相变薄膜的相变存储器存储单元SET和RESET操作电压都比Ge2Sb2Te5降低,比Ge2Sb2Te5材料有着更低的功耗,这主要归因于所得的纳米复合多层薄膜具有较低的热导率,使得器件的加热效率得到提高。
经检测,从所得纳米复合多层相变薄膜材料的相变存储器储单元保持了良好了循环操作疲劳特性,高低电阻之间保持了大于100的比例。
实施例4
制备结构为[GeTe(5nm)/Ge2Sb2Te5(5nm)]10的GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料,且所述GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料的总厚度为100nm。
具体制备步骤如下:
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;在丙酮溶液中强超声清洗3-5分钟,去离子水冲洗;然后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;在120℃烘箱内烘干水汽,约20分钟;
2)安装好溅射靶材:设定射频功率,设定溅射气体流量及溅射气压;
采用室温磁控交替溅射方法制备GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料:a)将基片旋转到Ge2Sb2Te5靶位,打开Ge2Sb2Te5靶上的射频电源,依照设定的溅射时间为20s,开始溅射Ge2Sb2Te5薄膜;b)Ge2Sb2Te5薄膜溅射完成后,关闭Ge2Sb2Te5靶上所施加的射频电源,将基片旋转到GeTe靶位,开启GeTe靶上的射频电源,开始溅射GeTe薄膜,溅射时间分别设定为15s;c)重复a)和b)两步,即在SiO2/Si(100)基片上制备GeTe/Ge2Sb2Te5…GeTe/Ge2Sb2Te5/SiO2/Si多层薄膜材料;在薄膜总厚度固定的前提下,通过调制GeTe靶材和Ge2Sb2Te5靶材的交替溅射时间来控制多层薄膜周期中Ge2Sb2Te5薄膜的厚度和周期数,从而形成结构为[GeTe(5nm)/Ge2Sb2Te5(5nm)]10的纳米复合多层相变薄膜材料;溅射过程中,衬底采用SiO2/Si(100)基片,溅射靶材为纯度在质量百分比99.99%以上的GeTe和99.999%以上的Ge2Sb2Te5,本底真空度不大于1×10-4pa,溅射气体为体积百分比99.999%以上的Ar气;气体流量为35SCCM,溅射气压为0.15Pa,溅射射频功率为15W。
将实施例4所得的相变薄膜材料[GeTe(5nm)/Ge2Sb2Te5(5nm)]10进行检测可知,所得纳米复合多层相变薄膜材料比Ge2Sb2Te5材料有更高的结晶温度,更好的非晶态热稳定性;在相变前后,其非晶态和晶态电阻变化约5个数量级,能够满足相变存储器存储性能的要求。
经检测,从所得纳米复合多层相变薄膜材料的相变存储器存储单元的I-V特性曲线中均可知,所得材料从高阻态转变为低阻态的电压和电流,都小于同比条件下Ge2Sb2Te5器件的电压和电流。
经检测,从所得纳米复合多层相变薄膜材料的相变存储器储单元在不同脉冲宽度时的R-V特性曲线可知,通过施加电脉冲可以实现存储单元高阻态和地阻态间的可逆转变,同时基于所得纳米复合多层相变薄膜的相变存储器存储单元SET和RESET操作电压都比Ge2Sb2Te5降低,比Ge2Sb2Te5材料有着更低的功耗,这主要归因于所得的纳米复合多层薄膜具有较低的热导率,使得器件的加热效率得到提高。
经检测,从所得纳米复合多层相变薄膜材料的相变存储器储单元保持了良好了循环操作疲劳特性,高低电阻之间保持了大于100的比例。
Claims (10)
1.一种用于相变存储器的GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料,其特征在于,所述GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料中单层GeTe薄膜和单层Ge2Sb2Te5薄膜交替排列成多层薄膜结构,所述单层GeTe薄膜的厚度为1~15nm,所述单层Ge2Sb2Te5薄膜的厚度为1~15nm。
2.如权利要求书1所述的纳米复合多层相变薄膜材料,其特征在于,所述GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料的结构符合如下通式:
[GeTe(a)/Ge2Sb2Te5(b)]x,
式中a、b分别表示所述单层GeTe薄膜和单层Ge2Sb2Te5薄膜的厚度,1≤a≤15nm,1≤b≤15nm;x表示所述GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料中所述单层GeTe薄膜和所述单层Ge2Sb2Te5薄膜的调制周期数,且x为正整数。
3.如权利要求书2所述的纳米复合多层相变薄膜材料,其特征在于,5≤x≤17。
4.如权利要求书2所述的纳米复合多层相变薄膜材料,其特征在于,所述GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料的总厚度为100nm。
5.如权利要求书2所述的纳米复合多层相变薄膜材料,其特征在于,所述GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料的盖帽层为GeTe薄膜。
6.如权利要求书1-5任一所述的GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料的制备方法,其特征在于,采用磁控交替溅射方法制备所述GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料,衬底采用SiO2/Si(100)基片,溅射靶材为GeTe和Ge2Sb2Te5合金靶,溅射气体为Ar气。
7.如权利要求书6所述的制备方法,其特征在于,所述GeTe靶材的纯度在质量百分比99.999%以上,所述Ge2Sb2Te5靶材的纯度在质量百分比99.999%以上,本底真空度不大于1×10-4Pa;所述Ar气的纯度为体积百分比为99.999%以上。
8.如权利要求书6所述的制备方法,其特征在于,所述GeTe靶材和Ge2Sb2Te5靶材均采用射频电源,且溅射射频功率为15~25W;所述Ar气的气体流量为25~35SCCM,溅射气压为0.15~0.25Pa。
9.如权利要求书6所述的制备方法,其特征在于,所述单层GeTe薄膜和单层Ge2Sb2Te5薄膜的厚度通过溅射时间来调控。
10.如权利要求书1-5任一所述的GeTe/Ge2Sb2Te5纳米复合多层相变薄膜材料在微电子领域中的应用。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN 201010566541 CN102117885A (zh) | 2010-11-30 | 2010-11-30 | 用于相变存储器的纳米复合多层相变薄膜材料 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN 201010566541 CN102117885A (zh) | 2010-11-30 | 2010-11-30 | 用于相变存储器的纳米复合多层相变薄膜材料 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN102117885A true CN102117885A (zh) | 2011-07-06 |
Family
ID=44216546
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN 201010566541 Pending CN102117885A (zh) | 2010-11-30 | 2010-11-30 | 用于相变存储器的纳米复合多层相变薄膜材料 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN102117885A (zh) |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102260906A (zh) * | 2011-07-19 | 2011-11-30 | 同济大学 | 一种制备Ge包覆GeTe纳米线同轴异质结的方法 |
CN102354729A (zh) * | 2011-10-11 | 2012-02-15 | 同济大学 | 一种用于多级存储相变存储器的纳米多层复合相变薄膜材料及其制备和应用 |
CN104576925A (zh) * | 2013-10-22 | 2015-04-29 | 吉林师范大学 | 一种纳米碗状相变存储器单元的制备方法 |
CN105525265A (zh) * | 2015-12-14 | 2016-04-27 | 江苏理工学院 | 复合相变薄膜材料(Si/Ge2Sb2Te5/Si)n及其制备方法 |
CN105870323A (zh) * | 2016-05-26 | 2016-08-17 | 江苏理工学院 | 一种复合相变薄膜材料及其制备方法 |
CN106185800A (zh) * | 2016-10-11 | 2016-12-07 | 江苏理工学院 | 一种GeTe/Ge类超晶格纳米相变薄膜材料及其制备方法和应用 |
CN107369760A (zh) * | 2016-05-11 | 2017-11-21 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 一种用于相变存储器的相变薄膜及其制备方法 |
CN107546325A (zh) * | 2017-09-08 | 2018-01-05 | 肇庆高新区恒泰信息服务有限公司 | 一种复合薄膜相变材料 |
CN109686840A (zh) * | 2018-12-26 | 2019-04-26 | 江苏理工学院 | 一种柔性多层复合GeTe/ZnSb相变薄膜材料及其制备方法 |
CN112802962A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-05-14 | 无锡日月合金材料有限公司 | 一种GaSb/Ge2Sb2Te5类超点阵相变材料及其制备方法 |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101299453A (zh) * | 2008-06-13 | 2008-11-05 | 中国科学院上海微***与信息技术研究所 | 纳米复合相变材料及其制备方法 |
CN101540370A (zh) * | 2009-04-23 | 2009-09-23 | 同济大学 | 一种GeTe/Sb2Te3纳米复合多层相变薄膜及其制备方法 |
-
2010
- 2010-11-30 CN CN 201010566541 patent/CN102117885A/zh active Pending
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101299453A (zh) * | 2008-06-13 | 2008-11-05 | 中国科学院上海微***与信息技术研究所 | 纳米复合相变材料及其制备方法 |
CN101540370A (zh) * | 2009-04-23 | 2009-09-23 | 同济大学 | 一种GeTe/Sb2Te3纳米复合多层相变薄膜及其制备方法 |
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102260906A (zh) * | 2011-07-19 | 2011-11-30 | 同济大学 | 一种制备Ge包覆GeTe纳米线同轴异质结的方法 |
CN102354729A (zh) * | 2011-10-11 | 2012-02-15 | 同济大学 | 一种用于多级存储相变存储器的纳米多层复合相变薄膜材料及其制备和应用 |
CN104576925B (zh) * | 2013-10-22 | 2017-05-10 | 吉林师范大学 | 一种纳米碗状相变存储器单元的制备方法 |
CN104576925A (zh) * | 2013-10-22 | 2015-04-29 | 吉林师范大学 | 一种纳米碗状相变存储器单元的制备方法 |
CN105525265A (zh) * | 2015-12-14 | 2016-04-27 | 江苏理工学院 | 复合相变薄膜材料(Si/Ge2Sb2Te5/Si)n及其制备方法 |
CN105525265B (zh) * | 2015-12-14 | 2018-07-20 | 江苏理工学院 | 复合相变薄膜材料(Si/Ge2Sb2Te5/Si)n及其制备方法 |
CN107369760A (zh) * | 2016-05-11 | 2017-11-21 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 一种用于相变存储器的相变薄膜及其制备方法 |
CN107369760B (zh) * | 2016-05-11 | 2020-09-04 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 一种用于相变存储器的相变薄膜及其制备方法 |
CN105870323A (zh) * | 2016-05-26 | 2016-08-17 | 江苏理工学院 | 一种复合相变薄膜材料及其制备方法 |
CN106185800A (zh) * | 2016-10-11 | 2016-12-07 | 江苏理工学院 | 一种GeTe/Ge类超晶格纳米相变薄膜材料及其制备方法和应用 |
CN106185800B (zh) * | 2016-10-11 | 2018-11-09 | 江苏理工学院 | 一种GeTe/Ge类超晶格纳米相变薄膜材料及其制备方法和应用 |
CN107546325A (zh) * | 2017-09-08 | 2018-01-05 | 肇庆高新区恒泰信息服务有限公司 | 一种复合薄膜相变材料 |
CN107546325B (zh) * | 2017-09-08 | 2020-11-06 | 四川普利司德高分子新材料有限公司 | 一种复合薄膜相变材料 |
CN109686840A (zh) * | 2018-12-26 | 2019-04-26 | 江苏理工学院 | 一种柔性多层复合GeTe/ZnSb相变薄膜材料及其制备方法 |
CN112802962A (zh) * | 2020-12-30 | 2021-05-14 | 无锡日月合金材料有限公司 | 一种GaSb/Ge2Sb2Te5类超点阵相变材料及其制备方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102117885A (zh) | 用于相变存储器的纳米复合多层相变薄膜材料 | |
CN108598256B (zh) | 一种用于相变存储器的Ge/Sb类超晶格相变薄膜材料的制备方法 | |
CN101807665B (zh) | 一种结晶温度可调的Ga30Sb70/Sb80Te20纳米复合多层相变薄膜材料 | |
CN101540370B (zh) | 一种GeTe/Sb2Te3纳米复合多层相变薄膜及其制备方法 | |
CN102683587B (zh) | 一种用于相变存储器的硅-硒化锡纳米多层复合相变薄膜材料 | |
CN106185799B (zh) | 一种SiO2/Sb类超晶格纳米相变薄膜材料及其制备方法和应用 | |
CN101976725A (zh) | 一种结晶温度可调的SiO2/Sb80Te20纳米复合多层相变薄膜材料及其制备方法 | |
CN105762277B (zh) | 一种类超晶格锡硒/锑纳米相变薄膜及其制备与应用 | |
CN105489758B (zh) | 用于相变存储器的Si/Sb类超晶格相变薄膜材料及其制备方法 | |
CN105679934A (zh) | 一种多层纳米复合相变薄膜材料及其制备方法和应用 | |
CN102810636A (zh) | 具有类超晶格结构的相变存储单元及其制备方法 | |
CN102354729A (zh) | 一种用于多级存储相变存储器的纳米多层复合相变薄膜材料及其制备和应用 | |
CN105514269B (zh) | 纳米复合堆叠相变薄膜及其制备方法和应用 | |
CN103378289B (zh) | 一种用于高速高密度相变存储器的多层纳米复合薄膜材料及其制备方法 | |
CN107195779A (zh) | 一种GeSb/SiO2多层相变薄膜材料、制备方法及应用 | |
CN103762308B (zh) | 多态镓锑-硒化锡多层纳米复合相变材料及其制备和应用 | |
CN105006519A (zh) | 高速低功耗的锡锑-锡硒纳米复合多层薄膜及制备和应用 | |
CN106816528B (zh) | 一种纳米复合多层相变薄膜及其制备方法和应用 | |
CN106410025A (zh) | 一种掺氧的Sb纳米相变薄膜材料及其制备方法与用途 | |
CN205488236U (zh) | 一种多层纳米复合相变薄膜 | |
CN105304815B (zh) | 一种用于低功耗相变存储器的多层纳米复合薄膜材料及其制备方法 | |
CN109686840A (zh) | 一种柔性多层复合GeTe/ZnSb相变薄膜材料及其制备方法 | |
CN106185800B (zh) | 一种GeTe/Ge类超晶格纳米相变薄膜材料及其制备方法和应用 | |
CN107342362A (zh) | 一种Mg‑Sb‑Se纳米相变薄膜及其制备方法 | |
CN112614936B (zh) | 一种Ti/Sb多层纳米复合相变存储薄膜材料及其制备方法和应用 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20110706 |