CN102453823A - 碳化物复合相变存储材料及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碳化物复合相变存储材料。该碳化物复合相变存储材料由碳化物和相变材料复合而成。碳化物的作用是将相变材料分隔成纳米级岛状区域，从而使得相变材料的生长受到碳化物的抑制，大大增加了晶界数，增大了复合材料的电阻率，使得复合材料拥有良好的相变特性和热稳定性。此外，可通过增加碳化物比例的方法来调节相变材料的晶态电阻值，避免由于晶态电阻过小而引起的阈值电流或功耗过大问题。

Description

碳化物复合相变存储材料及制备方法
技术领域
本发明涉及相变存储材料及制备方法，尤其是指一种碳化物复合相变存储材料及制备方法，属于半导体存储器的相关领域。
背景技术
1968年Stanford R.Ovshinsky在其Physical Review Letters的文章中首先报道了在硫系化合物(Ge10Si12As30Te48)中发现了电场激发下的高低阻值之间的转变现象。然而硫系化合物真正被应用到电学存储器中也只是最近十几年的事情，这都归因于微电子行业这些年的发展，为电学存储器件的实现提供了技术前提，因为只有在微米甚至纳米尺度的情况下，硫系化合物材料相变所需要的功耗才能大大降低，其工业化才被提上日程。
20世纪90年代后，基于硫系化合物薄膜的技术得到迅猛发展，硫系化合物成功地应用于光盘(CD)、可擦写数码多功能光盘(DVD±RW)，数码多功能随机存储器(DVD-RAM)和蓝光光盘。硫系化合物能够在光盘中广泛应用，主要由于硫系化合物在不同能量的激光脉冲下能够实现非晶态与晶态的快速的可逆的变化，并且其非晶态的电阻率与晶态的电阻率有着几个数量级的差异，分别对应着数据存储中的“0”、“1”。然而相变材料能够用于相变存储器，是由于相变材料具有在不同能量的电脉冲的作用下实现非晶态与晶态的快速的可逆的变化的特性。
作为最有可能广泛应用的下一代非挥发性存储器，相变存储器有着诸多的优点：相变速度快、存储密度大、数据保持力长以及与CMOS完美兼容。然而相变存储器主体相变材料自身也存在一些缺陷，比如非晶态转变为晶体的所需时间长、晶体转变为非晶态所需电流过大。正是这些不足，阻碍了相变存储器向市场推广。世界各地的研究人员想方设法，通过在相变存储器中掺入N、O、Ag、Cu等单质来改善其性能，得到了一些很好的结果。同时，在相变材料中掺入化合物的方法也引起研究人员广泛关注，得到了一些意想不到的优异性能，掺入的化合物主要包括氮化物、硅化物、氧化物等。本发明通过在相变材料中掺入碳化物的方法，改善了相变材料某些缺点。
发明内容
本发明主要解决的技术问题在于提供一种碳化物复合相变存储材料及其制造方法，以提高相变材料的热稳定性、晶态与非晶态电阻，降低材料的Reset电流与熔化温度等。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：
一种碳化物复合相变存储材料，由碳化物和至少一种相变材料复合而成。
其中，所述碳化物将相变材料隔离成纳米量级区域，使相变材料颗粒生长受到束缚。
所述的相变材料为硫系化合物，优选为：锗锑合金、锑碲合金或锗锑合金。所述的碳化物优选为：碳化四硼(B4C)、二碳化三铬(Cr3C2)、碳化铪(HfC)、碳化二钼(Mo2C)、碳化铌(NbC)、碳化硅(SiC)、碳化钽(TaC)、碳化钛(TiC)、碳化钨(WC)、碳化二钨(W2C)、碳化钒(VC)、碳化锆(ZrC)中的一种或多种。
所述碳化物在碳化物复合相变材料中的摩尔百分比含量为5％-50％。
一种碳化物复合相变存储材料的制备方法是采用硫系化合物靶与碳化物靶共溅射形成碳化物复合相变存储材料。
作为本发明的优选方案，溅射体为氩气，本底真空小于10-4Pa，溅射气压为0.21Pa～0.22pa，相变材料采用直流或射频溅射电源，碳化物采用射频溅射电源。
本发明的有益效果在于：
碳化物复合相变存储材料由相变材料与碳化物复合成，其中碳化物将相变材料隔离成纳米量级区域，相变材料生长受到束缚。碳化物与相变材料不发应，两种化合物中的元素互不成键，相变材料被碳化物所包围，当碳化物复合相变存储材料在一定的退火温度下退火时，相变材料由非晶态转变为晶态，而碳化物依然为非晶态，从而束缚了相变材料颗粒的增长，晶粒尺寸减小，晶界增多，材料的电阻率增大。
碳化物复合相变存储材料晶态与非晶态的电阻率随着碳化物掺入量的增加而升高，因此可通过增加碳化物含量的方法来增大相变材料的晶态电阻率，解决由于晶态电阻过小而导致的阈值电流过大的问题。同时，由于掺入的碳化物相对稳定，不易氧化，被碳化物包围的相变存储器中易挥发的元素如Te等由于碳化物的束缚，其抗氧化性和稳定性得到了大幅度的提升。
附图说明
图1为优选实施例中用于R-T测试的相变单元结构示意图。
图2为优选实施例中不同组份的R-T示意图。
图3为优选实施例中用于电学性能测试相变单元结构示意图。
图4a-4b为优选实施例中掺入碳化物前后相变材料微观结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
本实施例以碳化硅(SiC)作为掺杂的碳化物，相变材料以Sb2Te3为例，则该碳化物复合相变存储材料的具体组分为
(Sb2Te3)x(SiC)100-x，其中50≤x≤95，即碳化硅在碳化物复合相变材料中的摩尔百分比含量为5％-50％。
(Sb2Te3)x(SiC)100-x通过Sb2Te3靶与SiC靶共溅射而来，具体的实验条件为：溅射体为氩气，本底真空小于10-4Pa，溅射气压为0.21Pa～0.22pa，溅射电源：Sb2Te3采用射频电源，SiC采用射频电源，沉积厚度为50～200nm。
实验中制备了不同组分的碳化物复合相变存储材料薄膜样品于不同的衬底上。衬底分别为Al膜、Si片衬底、SiO2片衬底(即Si片上长SiO2薄膜)、W加热极、铜网。
将溅射在Al膜的样品用于SEM实验，测量薄膜的厚度，EDS测量相变复合存储材料的组分。
将溅射在Si片上的样品用于XRD实验，可知在退火温度低时，(Sb2Te3)x(SiC)100-x为非晶态；当退火温度高时，(Sb2Te3)x(SiC)100-x为六方晶系。
请参阅图1，用于电阻率-温度(R-T)测试的样品采用以下结构，该相变单元结构包括Si衬底1、SiO2薄膜2、以及本实施例所提供的(Sb2Te3)x(SiC)100-x薄膜3。选用SiO2片而不用Si片的原因在于Si为半导体，当退火温度高时，本征激发增强，本征载流子增加，因而导致较大的实验误差。
请参阅图2，不同组份的R-T测试示意图。通过R-T曲线可以得知，(Sb2Te3)x(SiC)100-x晶态与非晶态的电阻率随着SiC掺入量的增加而升高，因此可通过增加SiC含量的方法来增大相变材料的晶态电阻率。
请参阅图3，用于电学性能测试的样品采用以下结构，该相变单元包括Si衬底1、SiO2薄膜2、本实施例所提供的(Sb2Te3)x(SiC)100-x薄膜3、TiN/Ti/Al阻挡层和下电极4、W加热极5、Al上电极6、TiN阻挡层7。
请参阅图4a-4b，将溅射在Cu网上的(Sb2Te3)x(SiC)100-x薄膜用于TEM测试。在一定退火温度下，未掺杂碳化物的Sb2Te3晶体颗粒均匀分布，如图4a所示；掺杂了SiC之后，晶态Sb2Te3被非晶SiC所包围隔离成纳米量级区域3使Sb2Te3颗粒生长受到束缚，如图4b所示。
碳化硅是一种理想的介质材料，材料稳定，具有良好的绝热和缘的效应，更为重要的是它与相变材料不扩散不互溶。然而本发明并不仅限于碳化硅，其它特定类型的碳化物也可以用来制作碳化物复合相变存储材料，例如碳化四硼(B4C)、二碳化三铬(Cr3C2)、碳化铪(HfC)、碳化二钼(Mo2C)、碳化铌(NbC)、碳化钽(TaC)、碳化钛(TiC)等。
相变材料除了Sb2Te3之外，还可以是其它组分的Sb-Te，也可以是银铟锑碲、铟锑碲、锗锑碲、硅锑碲、锑碲、锗碲、锗锑、硅锑、锑中的一种或者多种。
这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其他形式、结构、布置、比例，以及用其他基底、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其他变形和改变。

Claims (8)

1.一种碳化物复合相变存储材料，其特征在于：由碳化物和至少一种相变材料复合而成。
2.根据权利要求1所述一种碳化物复合相变存储材料，其特征在于：所述碳化物将相变材料隔离成纳米量级区域，使相变材料颗粒生长受到束缚。
3.根据权利要求1所述一种碳化物复合相变存储材料，其特征在于：所述的相变材料为硫系化合物。
4.根据权利要求3所述一种碳化物复合相变存储材料，其特征在于：所述的相变材料为锗锑合金、锑碲合金或锗锑合金。
5.根据权利要求1所述一种碳化物复合相变存储材料，其特征在于：所述的碳化物为碳化四硼、二碳化三铬、碳化铪、碳化二钼、碳化铌、碳化硅、碳化钽、碳化钛、碳化钨、碳化二钨、碳化钒、碳化锆中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述一种碳化物复合相变存储材料，其特征在于：所述碳化物在碳化物复合相变存储材料中的摩尔百分比含量为5％-50％。
7.一种碳化物复合相变存储材料的制备方法，其特征在于：采用硫系化合物靶与碳化物靶共溅射形成碳化物复合相变存储材料。
8.根据权利要求7所述一种碳化物复合相变存储材料，其特征在于：溅射体为氩气，本底真空小于10-4Pa，溅射气压为0.21Pa～0.22pa，相变材料采用直流或射频溅射电源，碳化物采用射频溅射电源。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106953008A (zh) * 2017-04-19 2017-07-14 中国科学院上海光学精密机械研究所 用于光学性能精细调控的相变薄膜结构
CN107394040A (zh) * 2017-07-18 2017-11-24 东北师范大学 一种抑制银导电通道过量生长的阻变存储器及其制备方法
CN111410196A (zh) * 2020-03-31 2020-07-14 青海大学 多孔SiC材料及其制备方法和相变储能材料
WO2023184667A1 (zh) * 2022-03-30 2023-10-05 华中科技大学 四面体结构化合物掺杂的Sb-Te相变材料、相变存储器

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1213822A (zh) * 1997-08-12 1999-04-14 松下电器产业株式会社 光信息记录介质、其制造方法以及利用该介质的信息记录再现方法
CN1256487A (zh) * 1998-11-10 2000-06-14 东丽株式会社 光记录介质
CN101660118A (zh) * 2009-09-10 2010-03-03 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种纳米复合相变材料及其制备与应用

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1213822A (zh) * 1997-08-12 1999-04-14 松下电器产业株式会社 光信息记录介质、其制造方法以及利用该介质的信息记录再现方法
CN1256487A (zh) * 1998-11-10 2000-06-14 东丽株式会社 光记录介质
CN101660118A (zh) * 2009-09-10 2010-03-03 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种纳米复合相变材料及其制备与应用

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106953008A (zh) * 2017-04-19 2017-07-14 中国科学院上海光学精密机械研究所 用于光学性能精细调控的相变薄膜结构
CN106953008B (zh) * 2017-04-19 2019-04-19 中国科学院上海光学精密机械研究所 用于光学性能精细调控的相变薄膜结构
CN107394040A (zh) * 2017-07-18 2017-11-24 东北师范大学 一种抑制银导电通道过量生长的阻变存储器及其制备方法
CN111410196A (zh) * 2020-03-31 2020-07-14 青海大学 多孔SiC材料及其制备方法和相变储能材料
CN111410196B (zh) * 2020-03-31 2021-01-12 青海大学 多孔SiC材料及其制备方法和相变储能材料
WO2023184667A1 (zh) * 2022-03-30 2023-10-05 华中科技大学 四面体结构化合物掺杂的Sb-Te相变材料、相变存储器

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