CN100569631C - 一种制备合金相变材料纳米点阵的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种制备合金相变材料纳米点阵的方法，属于纳米电子和纳米光电子器件材料技术领域。该方法包括在水表面铺设单层纳米聚苯乙烯小球PS小球、用衬底材料捞PS小球单层膜、反应离子刻蚀、退火去除PS掩模版、在纳米阵列上层蒸镀绝热绝缘材料、去除蒸镀层表皮各步骤，形成相互绝热、绝缘的纳米相变材料阵列。采用本发明后，可以与当前微电子工艺技术相兼容，避免使用成本昂贵的超精细加工技术，获得高密度、高均匀度的锗锑碲和硅锑碲纳米点阵，使得相变材料的有源区的尺寸达到几十纳米甚至几纳米，有助于大大降低材料发生相变所需的电压和功耗，使硫系化合物纳米相变材料走出实验室，切实实现产业化。
Description
技术领域
本发明涉及一种制备合金相变材料纳米点阵的方法，尤其是一种制备尺寸可控的锗锑碲(GexSbyTez)和硅锑碲(SixSbyTez)合金相变材料纳米点阵的方法，属于纳米电子和纳米光电子器件材料技术领域。
背景技术
硫系化合物锗锑碲(GexSbyTez)或硅锑碲(SixSbyTez)相变型半导体存储器(简称PCRAM)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具有非易失性、循环寿命长、功耗低、可多级存储、高速读取、抗干扰等优点。然而要使得PCRAM器件与商用化存储器相比体现出优越性和竞争性，就必须做成纳电子器件，尤其是作为存储器最核心的相变有源区的尺寸必须达到几十纳米到几纳米，才能使材料发生相变所需的电压和功耗大大降低，实现真正意义上的纳电子器件。
据申请人了解，目前制备小尺寸的C-RAM硫系化合物纳米阵列大多用电子束曝光或纳米压印等技术，其制备工艺复杂、生产成本高。
发明内容
本发明要解决技术问题是：针对以上现有技术存在的缺点，提出一种工艺简单、不需大型昂贵设备、生产效率高，并且是环境友好的制备合金相变材料纳米点阵的方法，从而为开辟相变存储器的工业化制造新途径奠定基础。
为了解决以上技术问题，本发明制备合金相变材料纳米点阵的方法包括以下步骤：
第一步、在水面铺设单层纳米聚苯乙烯小球PS，使水表面形成单层PS胶体球膜；
第二步、用覆盖有锗锑碲或硅锑碲薄膜的衬底片将水表面的PS单层纳米聚苯乙烯小球膜捞起后干燥；
第三步、用附在衬底片锗锑碲或硅锑碲薄膜上的单层纳米聚苯乙烯小球膜作为掩模版，采用四氟化碳(CF4)气体对衬底片上的锗锑碲或硅锑碲薄膜进行反应离子刻蚀，形成锗锑碲或硅锑碲纳米阵列；
第四步、将上一步的制品在有机溶剂中浸泡，去除附在锗锑碲或硅锑碲纳米阵列上的单层纳米聚苯乙烯小球膜；
第五步、在锗锑碲或硅锑碲纳米阵列上层蒸镀绝热、绝缘材料；
第六步、去除蒸镀层表皮，形成相互绝热、绝缘的纳米相变材料阵列。
经过以上步骤，即可完成常温下高密度且均匀分布的硅纳米点、纳米线的构筑。实验证明，以上第四步中的有机溶剂浸泡液采用四氢呋喃或丙酮溶液效果最好，如在浸泡中加载超声波，则效果更好；以上第五步中的绝热、绝缘薄膜材料采用二氧化硅或二氧化锆效果最好。
本发明的优点可以归纳如下：
1.适于锗锑碲或硅锑碲纳米点阵的大面积批量生产；
2.常温制备，工艺简单，与传统的半导体的硅工艺相兼容；
3.能够有效控制锗锑碲或硅锑碲纳米点阵形成的周期、形貌、尺寸和均匀度；
4.可以实现相变材料的高密度和高均匀度，适用于构筑高密度纳米存储器件。
采用本发明的方法后，可以与当前微电子工艺技术相兼容，避免使用成本昂贵的超精细加工技术，获得高密度、高均匀度的锗锑碲和硅锑碲纳米点阵，使得相变材料的有源区的尺寸达到几十纳米甚至几纳米，有助于大大降低材料发生相变所需的电压和功耗，使硫系化合物纳米相变材料走出实验室，切实实现产业化。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明一个实施例方法的制备过程示意图。
具体实施方式
实施例一
本实施例的一种制备合金相变材料纳米点阵的方法如图1所示，制备过程包括以下步骤：
第一步、在水表面铺设单层纳米聚苯乙烯小球PS小球：利用水表面张力作用，将单层PS胶体(尺寸50nm-500nm)小球铺设在水表面，使水表面形成高密度、大面积、有序排列的单层PS胶体球膜，将PS胶体球膜静置在水面上约10分钟。
第二步、捞PS小球单层膜：用覆盖有硅锑碲薄膜的衬底片将PS小球膜捞起，在空气中自然挥发干燥；为了使PS胶体球膜与衬底更好的粘合在一起，对干燥好的制品进行60±5℃、1±0.1小时的退火处理。
第三步、反应离子刻蚀：用附在硅锑碲薄膜的单层聚苯乙烯小球(PS)作为掩模版，采用四氟化碳(CF4)气体对样品进行反应离子刻蚀(RIE)，时间2-5分钟，形成硅锑碲纳米阵列。不同的刻蚀时间(2-5分钟)，可以获得不同尺寸(180-80nm)的硅锑碲纳米阵列。
第四步、退火去除PS掩模版：常温下将上一步制品放入四氢呋喃中浸泡，并加载超声波，超声处理5-10分钟，即可将聚苯乙烯小球膜完全去除。
第五步、在硅锑碲纳米阵列上层蒸镀二氧化硅绝热、绝缘材料。
第六步、最后用纳米抛光液去除蒸镀层表皮，形成相互绝热、绝缘的硅锑碲纳米相变材料阵列。
实施例二
本实施例制备合金相变材料纳米点阵的方法基本步骤与实施例一相同，不同之处在于：
1、第二步中采用覆盖有锗锑碲薄膜的衬底片将PS小球膜捞起后，在空气中自然挥发干燥并退火处理。
2、第三步中用附在锗锑碲薄膜的单层聚苯乙烯小球作为掩模版，采用四氟化碳气体对样品进行反应离子刻蚀(中国科学院微电子中心ME3A型多功能反应离子刻蚀机)，形成锗锑碲纳米阵列。
3、第四步中将上一步制品放入丙酮超声波液中浸泡，将聚苯乙烯小球膜完全去除。
4、第五步中在锗锑碲纳米阵列上层蒸镀二氧化锆绝热、绝缘材料。
5、第六步中再采用四氟化碳气体对样品进行反应离子刻蚀(中国科学院微电子中心ME3A型多功能反应离子刻蚀机)去除蒸镀层表皮，形成相互绝热、绝缘的锗锑碲纳米相变材料阵列。
以上过程基于自组装纳米球技术，利用单层纳米聚苯乙烯小球(PS)掩模版，结合现有反应离子刻蚀技术，因此切实可行，可以制备出二维高密度、尺寸可控的硅锑碲或锗锑碲纳米点阵结构，从而应用于纳米电子学和光电子学器件。
Claims (7)
1.一种制备合金相变材料纳米点阵的方法，其特征在于包括以下步骤：
第一步、在水面铺设单层纳米聚苯乙烯小球，使水表面形成单层胶体球膜；
第二步、用覆盖有锗锑碲或硅锑碲薄膜的衬底片将水表面的单层纳米聚苯乙烯小球膜捞起后干燥；
第三步、用附在衬底片上的锗锑碲或硅锑碲薄膜上的单层纳米聚苯乙烯小球膜作为掩模版，采用四氟化碳气体对衬底片上的锗锑碲或硅锑碲薄膜进行反应离子刻蚀，形成锗锑碲或硅锑碲纳米阵列；
第四步、将上一步的制品在有机溶剂中浸泡，去除附在锗锑碲或硅锑碲纳米阵列上的单层纳米聚苯乙烯小球膜；
第五步、在锗锑碲或硅锑碲纳米阵列上层蒸镀绝热、绝缘材料；
第六步、去除蒸镀层表皮，形成相互绝热、绝缘的纳米相变材料阵列。
2.根据权利要求1所述制备合金相变材料纳米点阵的方法，其特征在于：所述第二步中在空气中自然挥发干燥，之后对干燥好的制品进行60±5℃，1±0.1小时的退火处理。
3.根据权利要求2所述制备合金相变材料纳米点阵的方法，其特征在于：所述第四步中将制品放入四氢呋喃或丙酮溶液中浸泡5-10分钟，去除单层纳米聚苯乙烯小球膜。
4.根据权利要求3所述制备合金相变材料纳米点阵的方法，其特征在于：所述第四步中的浸泡液加载超声波。
5.根据权利要求4所述制备合金相变材料纳米点阵的方法，其特征在于：所述第五步中的绝热、绝缘材料为二氧化硅或二氧化锆。
6.根据权利要求5所述制备合金相变材料纳米点阵的方法，其特征在于：所述第六步中用纳米抛光液去除蒸镀层表皮。
7.根据权利要求5所述制备合金相变材料纳米点阵的方法，其特征在于：所述第六步中采用反应离子刻蚀去除蒸镀层表皮。
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| Nanosphere lithography:a materials general fabricationprocess for periodic particle array surfaces. John C 等.JOURNAL OF VACUUM SCIENCE & * |
| TECHNOLOGY A-VACUUM SURFACES AND FILMS,Vol.13 No.3. 1995 * |
| 纳米球刻蚀技术. 钟智勇等.功能材料，第36卷第9期. 2005 |
| 纳米球刻蚀法制备的二维有序的CdS纳米阵列及其光学性质的研究. 孙萍等.物理学报，第57卷第3期. 2008 |
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