CN102329619A - 镍离子掺杂锗锑碲荧光相变信息存储材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种镍离子掺杂锗锑碲荧光相变信息存储材料及其制备方法，该相变材料的组成为Ge2Sb2Te5:0.1~0.3Ni2+。该材料通过磁控溅射方法，将Ge2Sb2Te5靶和NiO靶共溅到K9玻璃基片上得到非晶态样，而后在纳秒激光的作用下得到晶态样。在980nm激光激发下，晶态样有位于1150nm附近的荧光，非晶态样无荧光，分别代表信息存储的两个状态。本发明荧光相变信息存储材料与传统相变材料的制备过程完全兼容，制备方法简单可控。本发明结合传统相变材料的优点和Ni2+在基质不同相态下荧光效应的巨大差异，可以大大增加相变光存储中两态的对比度。

Description

镍离子掺杂锗锑碲荧光相变信息存储材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及相变信息存储材料，特别是一种镍离子掺杂锗锑碲荧光相变信息存储材料及其制备方法。
背景技术
相变存储材料是一种可以在晶态和非晶态之间快速反复转变的材料。由于其相对其他存储材料的非易失性、读写的高速度和集成的高密度性，基于相变材料的相变存储器被寄予厚望。相变存储器可用于光存储和电存储（半导体存储）。
利用相变材料进行光存储的原理是其晶态和非晶态之间存在大约20%左右的可见光反射率对比度。信息读出时，将一束激光照射信息单元点，探测其反射光强度以确定该点的状态。
利用反射率进行信息存储本质上是一种被动存储机制，因为两个态之间的反射率对比度只有大约20%左右，经过多次循环后两个态之间的差别逐渐减小，以至于难以识别，这是制约相变光存储材料循环次数的一个重要因素，而循环次数与光存储设备的使用寿命直接相关。
Ni2+是一种被广泛研究的激光发射离子，早在60年代已有Ni2+掺杂MgF2晶体的激光输出报道。近年来，Ni2+掺杂微晶玻璃的近红外光放大器一度成为光通信放大器领域的研究焦点。Ni2+的发光条件是必须处在特定晶体如MgF2、MgO、MgAl2O4的六面体八配位态之中。Ni2+的典型发光处于1200-1400nm之间。在玻璃相，Ni2+不发光。
发明内容
本发明的目的在于提供一种镍离子掺杂锗锑碲荧光相变信息存储材料及其制备方法，该荧光相变信息存储材料与传统相变材料的制备过程完全兼容，制备方法简单可控。本发明结合传统相变材料的优点和Ni2+在基质不同相态下荧光效应的巨大差异，可以大大增加相变光存储中两态的对比度。
本发明的解决方案如下： 
一种镍离子掺杂锗锑碲荧光相变信息存储材料，其特点在于该材料的组成为Ge2Sb2Te5:0.1～0.3Ni2+，该材料是通过磁控溅射方法将Ge2Sb2Te5靶和NiO靶共溅在K9玻璃基片上的膜层，该膜层的厚度为100～250nm。。
一种镍离子掺杂锗锑碲荧光相变信息存储材料的制备方法，其特点在于该方法是：利用磁控溅射设备，在真空度为3.0～5.0×10-4Pa的条件下, 在清洁的K9玻璃基片上共溅射NiO和Ge2Sb2Te5，NiO靶和Ge2Sb2Te5靶的溅射功率分别为7w～15w和70w～150w，共溅膜层厚度为100～250nm。材料组成可以通过两靶的溅射功率调节，膜层厚度可以通过溅射时间调节。
Ge2Sb2Te5（简称为GST）的FCC相是NaCl结构，Te处在Cl位置，Ge、Sb和空位随机分布在Na位置；Ni2+掺杂晶态Ge2Sb2Te5后，占据空位位置，该位置是Te原子的六配位八面体态，符合Ni2+在晶体中的发光条件；在非晶态的Ge2Sb2Te5是一种硫系玻璃，不符合Ni2+离子的发光条件。
本发明的工作原理是：
镍掺杂锗锑碲荧光相变信息存储材料通过磁控溅射方法，将Ge2Sb2Te5靶和NiO靶共溅到K9玻璃基片上得到非晶态样，而后在纳秒激光的作用下得到晶态样。在980nm激光激发下，晶态样有位于1150nm附近的荧光，非晶态样无荧光，分别代表信息存储的两个状态。
用纳秒激光对制备的薄膜进行了晶化实验，结果表明，本发明材料可以在500ns内完全晶化。
本发明的技术效果：
1、本发明Ni2+掺杂Ge2Sb2Te5既继承了GST材料相变过程的优点，又通过材料不同相态下不同的荧光效应将晶态和非晶态的对比度大大提高。是一种完全创新的光存储形式。其制备和控制方式简单，与传统相变材料的制备过程几乎完全相同。
2、用纳秒激光对制备的薄膜进行了晶化实验，结果表明，本发明材料的晶化时间在500ns内。
附图说明
图1为本发明制备Ni2+掺杂GST材料的荧光效应对比。
图2为本发明制备Ni2+掺杂GST材料的结晶状态对比。测试过程为：取一个沉积样品在3×10-3Pa背底真空下，从室温以3℃/min升温至180℃，保温1.5h，随炉冷却至室温。用980nm激光器激发退火样和沉积样，测试其荧光效应。
图3为本发明实施例1制备Ni2+掺杂GST材料(GST:0.19Ni2+)的激光晶化过程，检测信号为样品反射率 (因为尚未有检测相变材料微区荧光的方法) ，激光脉宽8ns，功率14mJ/cm2；可以看到，激光作用下，Ni2+掺杂GST材料在500ns内完全晶华。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。
实施例1：
材料组成和制备过程大致是： 
Ge2Sb2Te5:0.19Ni2+ ：使用磁控溅射设备，在真空度为3.0×10-4Pa的条件下, 在清洁的K9玻璃基片上共溅射NiO和Ge2Sb2Te5溅射功率分别为7w和85w，膜厚200nm。之后用脉宽8ns，功率14mJ/cm2纳秒激光对样品进行晶化过程，样品均可在500ns内完全晶化。
图1为本发明制备Ni2+掺杂GST材料的荧光效应对比。
图2为本发明制备Ni2+掺杂GST材料的结晶状态荧光对比。测试过程为：取一个沉积样品在3×10-3Pa背底真空下，从室温以3℃/min升温至180℃，保温1.5h，随炉冷却至室温。用980nm激光器激发退火样和沉积样，测试其荧光效应。
图3为本发明实施例1制备Ni2+掺杂GST材料(GST:0.19Ni2+)的激光晶化过程，检测信号为样品反射率 (因为尚未有检测相变材料微区荧光的方法) ，激光脉宽8ns，功率14mJ/cm2；可以看到，激光作用下，Ni2+掺杂GST材料在500ns内完全晶化。
其他实施例如下表1所示，其他实施例的激光晶化过程和荧光效应对比情况与实施例1具有类似的结果。
Figure 434353DEST_PATH_IMAGE001

Claims (2)

1.一种镍离子掺杂锗锑碲荧光相变信息存储材料，其特征在于该材料的组成为Ge2Sb2Te5:0.1～0.3Ni2+，该材料是通过磁控溅射方法将Ge2Sb2Te5靶和NiO靶共溅在K9玻璃基片上的膜层，该膜层的厚度为100～250nm。
2.权利要求1所述的镍离子掺杂锗锑碲荧光相变信息存储材料的制备方法，其特征在于该方法是：利用磁控溅射设备，在真空度为3.0～5.0×10-4Pa的条件下, 在清洁的K9玻璃基片上共溅射NiO和Ge2Sb2Te5，NiO靶和Ge2Sb2Te5靶的溅射功率分别为7w～15w和70w～150w，共溅膜层的厚度为100～250nm。
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