[发明专利]纳米复合相变材料及其在相变存储器中的用途

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米复合相变材料、制备方法、及作为相变存储器的用途，尤其涉及一种由Ge₂Te₃和TiO₂形成的纳米复合相变材料及其在相变存储器中的用途。

背景技术

相变存储器(C-RAM)是一种新兴的半导体存储器，与目前已有的多种半导体存储技术相比，包括常规的易失性技术，如静态随机存储器(SRAM)、动态随机存储器(DRAM)等，和非易失性技术，如介电随机存储器(FeRAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪速存储器(FLASH)等，具有非易失性、循环寿命长(＞10¹³次)、元件尺寸小、功耗低、可多级存储、高速读取、抗辐照、耐高低温(-55-125℃)、抗振动、抗电子干扰和制造工艺简单(能和现有的集成电路工艺相匹配)等优点。

相变存储器(C-RAM)以硫系化合物为存储介质，利用电能(热量)使相变材料在非晶态(高阻)与晶态(低阻)之间相互转化而实现信息的写入和擦除，信息的读出通过测量电阻的状态来实现。在C-RAM研发中，常用的材料主要有Ge₂Sb₂Te₅、Si₂Sb₂Te₆、GeTe等，这些材料一方面功耗较大，难以实现高密度存储，另一方面结晶温度较低，数据保持力得不到保证，制约了其开发器件商用的进程。在新研发的材料中，Ge₂Te₃具有相变速度快，功耗低，结晶温度高的特点。但这种材料的容易发生分相，相的分离使得器件的可靠性和稳定性大打折扣。此外，在含Ge与Te元素的相变材料中，多次反复的高温写擦操作会导致材料内部本身的成分偏析，而且Ge或Te向界面处偏析，并与活泼的电极材料反应的现象也被证实是对器件可靠性的极大威胁。因此，如何提高其热稳定性和数据保持力以及防止元素扩散就成了急需解决的问题。为了达到这一目的，通常的做法是对其进行掺杂改性。关于这方面的工作已有大量的文献报道。

纳米复合相变材料是一种新型的相变材料，它是指把相变材料与异质材料在纳米尺度内复合，通过复合材料各组分间的“取长补短”，弥补单一相变材料的缺陷，从而达到优化相变材料相变性能的目的。目前在相变材料研究中，已经报道的有SiO₂与Ge₂Sb₂Te₅相变材料的复合，但由于SiO₂较小的介电常数以及复合材料较低的载流子迁移率，SiO₂与Ge₂Sb₂Te₅复合相变材料的阈值电压较高。为了能够进一步提升器件的性能，寻找一种能够同时降低阈值电压和RESET电压的介质材料显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于提供一种热稳定性高、热导率小、及介电常数大的纳米复合相变材料。

本发明的另一目的在于提供一种纳米复合相变材料的制备方法。

本发明的再一目的在于提供一种相变过程的功耗低、稳定性高、且数据保持能力强的相变存储器。

本发明还有一目的在于提供一种性能优越的相变存储器的制备方法。

为了达到上述目的及其他目的，本发明提供的纳米复合相变材料，包括：重量百分比为2-30％的介质材料TiO₂、以及重量百分比为70-98％的相变材料Ge₂Te₃。

较佳的，在形成的复合材料中，所述相变材料Ge₂Te₃与介质材料TiO₂均匀分布。

较佳的，所述相变材料Ge₂Te₃在复合材料中呈纳米级颗粒状，例如，纳米级球形颗粒状，较佳的，直径可小于100nm。

上述纳米复合材料的制备方法中包括采用Ge₂Te₃合金靶和TiO₂靶两靶同时溅射的步骤。

较佳的，溅射时，本底真空度小于10^-4Pa，溅射气压为0.18-0.25Pa，温度为室温，加在Ge₂Te₃合金靶上为直流10-30瓦，加在TiO₂靶上为射频10-50瓦，溅射时间为10-20分钟，沉积厚度为50-240nm。