[发明专利]一种调控材料中空位缺陷的方法

说明书

本发明公开了一种调控材料中空位缺陷的方法，该方法是通过向相变功能材料中插入应力施加材料，从而调控所述相变功能材料中的空位缺陷浓度，并由此得到相变功能材料与应力施加材料嵌合生长生成的复合结构；该复合结构其相变特性主要由其中的所述相变功能材料决定，通过所述应力施加材料的调控使该复合结构其相变特性以由纯的所述相变功能材料得到的相变功能材料晶体其相变特性为基础产生变化，并且该应力施加材料具体为能够形成晶态的材料。本发明尤其通过向晶格常数略小的相变功能材料中插入常数稍大的应力施加材料，能有效降低相变存储材料中空位缺陷的浓度，从而降低其晶化过程的阈值，有效提升其晶化速度。

技术领域

本发明属于微电子材料领域，更具体地，涉及一种调控材料中空位缺陷的方法，该方法能够对材料缺陷进行主动调制，尤其能够对相变存储材料中的空位缺陷进行调控。

背景技术

相变存储材料由于其可以通过施加电或者光脉冲快速的在低阻态和高阻态之间实现可逆的变换而备受人们关注，其高阻转变为低阻的过程称为SET过程，逆过程称为RESET过程。基于相变材料的存储技术被人们认为是下一代存储技术的有力竞争者之一。相变存储器件具有擦写速度快、两态差异大以及与现有互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺兼容等优势。

空位作为相变存储材料中的一种重要的缺陷，其研究一直被人们所关注。目前其研究方法分为第一性原理模拟计算及实验两大类。其中，实验方法又有高角环形暗场-扫描透射电子显微镜(HAADF-STEM)、扩展X射线吸收精细结构(EXAFS)、正电子湮灭谱(PILS)、电子自旋响应谱(EPR)等。但目前常用的空位表征手段都属于被动的研究方法，即研究都是建立在空位已经形成之后，主动调控空位的有效实验手段目前仍然比较匮乏。

相关研究发现，空位的存在与否极大地影响了相变材料的特性。一方面，空位的存在有效降低了原子迁移的能量势垒，在降低相变材料的功耗方面可能起着重要的作用(Deringer V L,Lumeij M,Stoffel R P,et al.Mechanisms of atomic motion throughcrystalline GeTe[J].Chemistry of Materials,2013,25(11):2220-2226.)。而另一方面，空位的存在在相变存储材料反复擦写的过程中会形成空洞，导致其性能失效，这可能是限制相变材料循环擦写能力的一个重要因素(Njoroge W K, H W,WuttigM.Density changes upon crystallization of Ge₂Sb_2.04Te_4.74films[J].Journal ofVacuum ScienceTechnology A:Vacuum,Surfaces,and Films,2002,20(1):230-233.)。

因此，尽快发展出可调控空位浓度的实现方法，并根据对相变存储材料的性能的差异化需求主动促进或抑制空位的产生，进而实现对相变存储材料的改性对相变存储器性能改善及其产业化具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明的目的在于提供一种调控材料中空位缺陷的方法，该方法具体是利用晶格失配程度来实现不同晶格应力，从而调控材料中空位缺陷浓度，具体是利用两种材料晶格常数之间的失配在材料中产生拉应力或者压应力，从而相应的降低或者增大材料的原子堆叠密度，进而抑制或促进材料中空位缺陷的产生。并且，本发明尤其通过向晶格常数略小的相变功能材料中插入晶格常数稍大的应力施加材料，来增大空位缺陷形成所需要的能量，进而降低相变存储材料中空位缺陷的浓度，从而降低其晶化过程的阈值，有效提升其晶化速度。