[发明专利]一种Al-Sb-Se纳米相变薄膜材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明涉及微电子技术领域的材料，具体涉及一种Al-Sb-Se纳米相变薄膜材料及其制备方法和应用。

背景技术

基于硫系化合物材料为基础的相变存储器（PCRAM）是利用材料在晶态-非晶态之间转换从而实现信息存储的一种新型非挥发性存储器。当相变材料处于非晶态时具有高电阻，晶态时具有低电阻，利用电脉冲产生的焦耳热实现高阻态与低阻态之间的重复转换，达到信息存储的目的。它具有读取速度快、稳定性强、功耗低、存储密度高、与传统的CMOS工艺兼容等优点，因而受到越来越多的研究者的关注。

Ge₂Sb₂Te₅相变材料因其性能优异，是当前研究最多、应用最广的相变存储材料。近年来，为了实现更高稳定性、更快相变速度的目的，越来越多的新型相变存储材料被不断开发出来。Peng等开发出了Al-Sb-Te相变材料，不但具有小于10ns的较快相变速度，而且在124℃高温下能够将数据保持10年时间，具有较好的热稳定性（具体内容详见2011年第4期第99卷Applied Physics Letters第043105-1至043105-3页）。Lu等开发出了具有超长数据保持能力的Ga₁₄Sb₈₆合金，其10年数据保持温度达到162℃，可用于高温环境下的数据存储（具体内容详见2011年第6期第109卷Journal OfApplied Physics第064503-1至064503-3页）。另外，Si-Sb-Te、In-Te、Cu-Sb-Te等相变材料也得到了研究，具有较好的存储性能。

发明内容

传统的Ge₂Sb₂Te₅相变材料中含有Te元素，Te材料熔点低、易挥发，而且具有毒性，容易污染半导体行业的生产线，对人体和环境也存在不良影响，这些都阻碍了PCRAM的产业化推进。本发明的Al-Sb-Se相变材料，不含有Te元素，属环境友好型材料。同时，Al-Sb-Se还具有超高的热稳定性、较低的功耗和较快的相变速度，是理想的相变存储材料，具有较好的市场应用前景。

本发明提供一种Al-Sb-Se的相变材料，不但具有较快的相变速度，而且具有较好的热稳定性，数据保持能力较高，适用于高温环境下的数据存储。

本发明第一方面提供一种Al-Sb-Se纳米相变薄膜材料，所述Al-Sb-Se纳米相变薄膜材料是由铝、锑、硒三种元素组成。

优选的，所述Al-Sb-Se纳米相变薄膜材料的化学通式为：Al_xSb_ySe_100-x-y，其中0.10<x<30.00，20.00<y<80.00。

优选的，0.50<x<20.00，40.00<y<80.00。

优选的，所述Al-Sb-Se纳米相变薄膜材料的厚度为98-102nm。

本发明所提供的Al-Sb-Se纳米相变薄膜材料可根据需要制备成各种厚度的相变材料，并不局限于纳米相变薄膜材料。

本发明第二方面提供一种Al-Sb-Se纳米相变薄膜材料的制备方法，所述制备方法选自磁控溅射法、化学气相沉积（CVD）等本领域技术人员熟知的相变薄膜材料的制备方法。

优选的，所述制备方法选自磁控溅射法。

优选的，所述磁控溅射法的具体方法为：靶材为Al_z(Sb₅₀Se₅₀)_100-z复合靶，0.50<z<20.00，即在Sb₅₀Se₅₀靶中心叠放Al片，溅射气体为高纯Ar气，本底真空度小于1×10^-4Pa，溅射功率为15-25W。

优选的，所述溅射功率为20W。

优选的，所用的衬底为SiO₂/Si(100)基片。

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；

优选的，所述Ar气的气体流量为30sccm，溅射气压为0.2Pa。

优选的，所述Sb₅₀Se₅₀靶的原子百分比纯度大于99.999%，所述Al片的原子百分比纯度大于99.999%，形状为圆形。