[发明专利]一种Cu-Sn-Se纳米相变薄膜材料及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种Cu‑Sn‑Se纳米相变薄膜材料及其制备方法和用途，所述Cu‑Sn‑Se纳米相变薄膜材料的化学组成为Cu₂₈Sn₃₃Se₃₉，所述Cu‑Sn‑Se纳米相变薄膜材料是以Sn₄₆Se₅₄靶和扇形纯Cu片构成的复合靶材通过高真空磁控溅射的方法沉积而成。本发明的Cu₂₈Sn₃₃Se₃₉纳米相变薄膜材料能够应用于相变存储器，与传统的相变薄膜材料相比具有较快的晶化速度，能够大大提高PCRAM的存储速度；具有较高的晶态电阻，从而能够减少PCRAM的功耗。

技术领域

本发明涉及一种微电子技术领域的材料，具体涉及一种Cu-Sn-Se纳米相变薄膜材料及其制备方法和用途。

背景技术

相变存储器(PCRAM)是利用硫系化合物材料在晶态-非晶态之间快速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，当不同的电脉冲施加时可以实现高阻态与低阻态之间的重复可逆转换，达到信息存储的目的。相比于其它类型存储器，PCRAM具有存储密度高、稳定性强、读取速度快、功耗低、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。宋志棠等开发出了Zr-Sb-Te相变材料，Set电压脉冲宽达到100ns，Reset电压脉冲宽度达到10ns，循环次数达到104，是一种较为理想的相变材料。(具体内容详见专利201510136878.2，宋志棠等，用于相变存储器的Zr-Sb-Te系列相变材料及其制备方法)。

Guoxiang Wang等开发出了碳掺杂的Sb₂Te相变材料，相比于Sb₂Te，C-Sb-Te具有更好的非晶态热稳定性和更宽的能带间隙、超长数据保持能力，其10年数据保持温度高于127℃(具体内容详见2016年第615期Thin Solid Films，Improved thermal stability of C-doped Sb₂Te films by increasing degree of disorder for memory application)。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。

上述相变材料中含有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。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中相变材料中晶化速度较慢，RESET过程中功耗较高的缺点，提供一种Cu-Sn-Se纳米相变薄膜材料及其制备方法和应用。本发明以Cu-Sn-Se为相变材料，不但具有较快的相变速度，而且具有较小的功耗，数据保持能力较高的一系列优势。本发明的Cu-Sn-Se相变材料，不含有Te元素，属环境友好型材料。同时，Cu-Sn-Se比起Ge₂Sb₂Te₅(简写为GST)有更好的热稳定性，同时比起Sn-Se材料有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。

本发明是采用如下技术方案实现上述目的：