CN102593355A - 一种Sb-Te-Ti相变存储材料及Ti-Sb2Te3相变存储材料 - Google Patents

一种Sb-Te-Ti相变存储材料及Ti-Sb2Te3相变存储材料 Download PDF

Info

Publication number
CN102593355A
CN102593355A CN2012100764919A CN201210076491A CN102593355A CN 102593355 A CN102593355 A CN 102593355A CN 2012100764919 A CN2012100764919 A CN 2012100764919A CN 201210076491 A CN201210076491 A CN 201210076491A CN 102593355 A CN102593355 A CN 102593355A
Authority
CN
China
Prior art keywords
phase
storage material
change storage
change
transition
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN2012100764919A
Other languages
English (en)
Other versions
CN102593355B (zh
Inventor
朱敏
吴良才
宋志棠
饶峰
彭程
周夕淋
任堃
封松林
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Original Assignee
Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from CN201110196219XA external-priority patent/CN102268738A/zh
Application filed by Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS filed Critical Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology of CAS
Priority to CN2012100764919A priority Critical patent/CN102593355B/zh
Publication of CN102593355A publication Critical patent/CN102593355A/zh
Priority to PCT/CN2012/087572 priority patent/WO2013139162A1/zh
Priority to US13/885,894 priority patent/US20140192592A1/en
Application granted granted Critical
Publication of CN102593355B publication Critical patent/CN102593355B/zh
Priority to US14/966,348 priority patent/US10276234B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N70/00—Solid-state devices without a potential-jump barrier or surface barrier, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
    • H10N70/20—Multistable switching devices, e.g. memristors
    • H10N70/231—Multistable switching devices, e.g. memristors based on solid-state phase change, e.g. between amorphous and crystalline phases, Ovshinsky effect
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C13/00—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
    • G11C13/0002—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
    • G11C13/0004—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements comprising amorphous/crystalline phase transition cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C14/00—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material
    • C23C14/22—Coating by vacuum evaporation, by sputtering or by ion implantation of the coating forming material characterised by the process of coating
    • C23C14/34—Sputtering
    • C23C14/3407—Cathode assembly for sputtering apparatus, e.g. Target
    • C23C14/3414—Metallurgical or chemical aspects of target preparation, e.g. casting, powder metallurgy
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N70/00—Solid-state devices without a potential-jump barrier or surface barrier, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
    • H10N70/011—Manufacture or treatment of multistable switching devices
    • H10N70/021—Formation of the switching material, e.g. layer deposition
    • H10N70/026—Formation of the switching material, e.g. layer deposition by physical vapor deposition, e.g. sputtering
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N70/00—Solid-state devices without a potential-jump barrier or surface barrier, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
    • H10N70/801—Constructional details of multistable switching devices
    • H10N70/881—Switching materials
    • H10N70/882—Compounds of sulfur, selenium or tellurium, e.g. chalcogenides
    • H10N70/8828—Tellurides, e.g. GeSbTe
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N70/00—Solid-state devices without a potential-jump barrier or surface barrier, and specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching
    • H10N70/801—Constructional details of multistable switching devices
    • H10N70/881—Switching materials
    • H10N70/884—Other compounds of groups 13-15, e.g. elemental or compound semiconductors

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Optical Record Carriers And Manufacture Thereof (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Physical Vapour Deposition (AREA)
  • Thermal Transfer Or Thermal Recording In General (AREA)

Abstract

本发明涉及可用于相变存储器的Sb-Te-Ti相变薄膜材料及其制备。本发明的Sb-Te-Ti新型相变存储材料，是在Sb-Te相变材料的基础上掺入Ti而成，掺入的Ti与Sb、Te均成键，其化学通式为SbxTeyTi100-x-y，其中0＜x＜80，0＜y＜100-x。当为Ti-Sb2Te3相变存储材料时，Ti原子替代Sb原子的位置，且没有分相。现有的Sb-Te相变材料结晶过程以晶粒生长占主导，因此相变速率快，然而保持力不能满足工业要求。本发明的Sb-Te-Ti新型相变存储材料的结晶温度得到大幅度地升高，保持力提升，热稳定性增强；同时，非晶态电阻降低，晶态电阻升高；可广泛应用于相变存储器。

Description

一种Sb-Te-Ti相变存储材料及Ti-Sb2Te3相变存储材料
技术领域
本发明涉及相变材料及其制备方法，尤其是可用于相变存储器的Sb-Te-Ti相变薄膜材料。
背景技术
相变存储器(PCRAM)原理是以硫系化合物为存储介质，利用电能(热量)使材料在晶态(低阻)与非晶态(高阻)之间相互转换实现信息的写入与擦除，信息的读出靠测量电阻的大小，比较其高阻“1”还是低阻“0”来实现的。
Sb-Te系列相变材料结晶过程以晶粒生长占主导，因此相变速率快，而且熔点比GST(Ge2Sb2Te5)低，因此所需功耗低。然而Sb-Te系列相变材料同时也存在结晶温度低，热稳定性差，数据保持力差等缺点。
Sb2Te3相变材料有着非常快的结晶速度，同时有较低的熔点。但是Sb2Te3的结晶温度非常低，热稳定性非常差。而消费型电子要求非挥发性存储器至少能在85℃的条件下保存数据10年，工业电子对其要求更加苛刻。在没有掺杂的情况下，Sb2Te3相变材料不能应用于相变存储器。
本发明在Sb2Te3相变材料的基础上掺入Ti，从而大幅度提高其结晶温度，提升数据保持力，以满足现实需要。
发明内容
本发明的目的主要在于提供一种用于相变存储器的Sb-Te-Ti相变材料，以提高相变材料的热稳定性、非晶态电阻，降低材料的Reset电流与熔化温度等。
本发明还提供了一种用于相变存储器的掺Ti的Ti-Sb2Te3相变存储材料，以提高其热稳定性，增加非晶态电阻。同时掺入Ti后晶粒变小，且没有分相产生。掺Ti后的Ti-Sb2Te3相变存储材料，其熔点以及热导率均有所下降。基于此相变材料的相变存储器，随着Ti含量的增加，高阻先增大再降低，高低阻比值也是先增大后减小。
为了解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案来实现：
一种用于相变存储器的Sb-Te-Ti相变存储材料，是在Sb-Te相变材料的基础上掺入Ti而成，其化学通式为SbxTeyTi100-x-y，其中0＜x＜80，0＜y＜100-x。本发明化学通式中元素的右下角部分代表摩尔比。
较佳的，所述x的取值范围为45≤x≤72，y的取值范围为5≤y≤45。
所述Sb-Te-Ti相变存储材料中，掺入的Ti与Sb、Te均成化学键。
较佳的，所述Sb-Te-Ti相变存储材料为Sb-Te-Ti相变薄膜材料。优选的，所述Sb-Te-Ti相变薄膜材料的厚度为100-250nm。
较佳的，所述Sb-Te-Ti相变存储材料采用电脉冲作用实现电阻率的可逆转变。
较佳的，所述Sb-Te-Ti相变存储材料采用激光脉冲作用实现光学反射率的可逆转变。
所述Sb-Te-Ti相变存储材料的结晶温度得到大幅度提升，热稳定性增强，数据保持力增强。
所述Sb-Te-Ti相变存储材料的非晶态电阻降低，晶态电阻升高。
本发明的上述的用于相变存储器的Sb-Te-Ti相变存储材料，所述Sb-Te相变存储材料为Sb2Te3相变存储材料，在Sb2Te3相变存储材料中掺入Ti后获得的Sb-Te-Ti相变存储材料为Ti-Sb2Te3相变存储材料，所述化学通式SbxTeyTi100-x-y中，
Figure BDA0000145581220000021
Ti的原子百分含量小于50％。
较佳的，所述Ti-Sb2Te3相变存储材料中，Ti的原子百分含量在2％-20％之间。
较佳的，所述Ti-Sb2Te3相变存储材料中，Ti原子替代Sb原子的位置，且没有分相。
较佳的，所述Ti-Sb2Te3相变存储材料采用电脉冲作用实现电阻率的可逆转变。
较佳的，所述Ti-Sb2Te3相变存储材料采用激光脉冲作用实现光学反射率的可逆转变。
较佳的，所述Ti-Sb2Te3相变存储材料，随着掺入Ti含量的增加，Ti-Sb2Te3相变存储材料的非晶态电阻先增大再降低。
较佳的，所述Ti-Sb2Te3相变存储材料的结晶温度得到大幅度提升，热稳定性和数据保持力增强。
较佳的，所述Ti-Sb2Te3相变存储材料的晶粒较小(与Sb2Te3的晶粒相比)，且没有分相。
较佳的，所述Ti-Sb2Te3相变存储材料的熔点和热导率降低。
本发明的Sb-Te-Ti相变存储材料的制备方法，包括如下步骤：
按照化学通式SbxTeyTi100-x-y中Sb和Te的配比采用SbxTey合金靶以及Ti靶共溅射获得所述Sb-Te-Ti相变存储材料。
较佳的，所述共溅射的溅射条件为：在共溅射过程中同时通入纯度为99.999％以上的Ar气，SbxTey合金靶采用射频电源，Ti靶采用直流电源。优选的，所述射频电源功率为25W，所述直流电源功率为15W。
较佳的，共溅射时，所述SbxTey合金靶起辉后，再打开Ti靶电源。
较佳的，所述共溅射的时间为15分钟-50分钟。
所获得的Sb-Te-Ti相变存储材料为相变薄膜材料，其薄膜的厚度为100nm-250nm。
本发明所使用的溅射仪器为本领域现有技术中常规的溅射装置。
本发明还提供了一种基于Sb-Te-Ti相变存储材料的相变存储器单元。
较佳的，所述Sb-Te-Ti相变存储材料为掺Ti的Ti-Sb2Te3相变材料。
较佳的，所述基于掺Ti的Ti-Sb2Te3相变材料的相变存储器单元，掺Ti后，Sb2Te3相变存储材料的晶粒变小，因此该Ti-Sb2Te3相变存储材料与上下电极的粘附性增强。
较佳的，所述基于掺Ti的Ti-Sb2Te3相变材料的相变存储器单元，随着掺入Ti含量的增加，相变存储器单元的Reset电压升高。
较佳的，所述基于掺Ti的Ti-Sb2Te3相变材料的相变存储器单元，随着掺入Ti含量的增加，相变存储器单元的高低阻更加稳定。
较佳的，所述基于掺Ti的Ti-Sb2Te3相变材料的相变存储器单元，随着掺入Ti含量的增加，相变存储器单元的高阻先增大后减小，且高阻与低阻的比值也先增大后减小，出现类似的规律。
较佳的，所述掺Ti的Ti-Sb2Te3相变材料的相变存储器单元的高低阻比值大于一个数量级。
较佳的，所述掺Ti的Ti-Sb2Te3相变材料的相变存储器单元具有非常快的Set操作速度(ns数量级)。
较佳的，所述掺Ti的Ti-Sb2Te3相变材料的相变存储器单元具有高的重复操作次数。
本发明的有益结果在于：
本发明在Sb-Te相变存储材料的基础上掺入Ti，Ti与Sb、Te均成键，掺Ti后所得的Sb-Te-Ti相变存储材料的结晶温度升高，数据保持力提升，热稳定性增强。晶态电阻升高，Reset功耗降低。
本发明的Ti-Sb2Te3相变存储材料，Ti原子替代Sb原子的位置，且没有分相；Ti-Sb2Te3相变存储材料分布均匀，晶粒较小；其结晶温度得到大幅度提升，热稳定性和数据保持力增强；随着掺入Ti含量的增加，Ti-Sb2Te3相变存储材料的非晶态电阻先增大再降低；其熔点和热导率降低。
附图说明
图1为实施例1中不同升温速率的Sb60Te30Ti10薄膜的方块电阻与温度的关系曲线。
图2为实施例1中Sb60Te30Ti10薄膜在不同温度下保持的时间。
图3为实施例1中Sb60Te30Ti10薄膜的结晶激活能以及10年保持温度。
图4为实施例1中基于Sb60Te30Ti10薄膜的相变器件单元的电压-电阻曲线。
图5为实施例6中在升温速率为10℃/min时的，Sb2Te3和三种不同Ti含量的Ti-Sb2Te3薄膜的方块电阻与温度曲线.
图6为实施例6中Sb2Te3和掺10％Ti的Ti-Sb2Te3薄膜在300℃退火5分钟后的X射线衍射结果。
图7为实施例6中掺10％Ti的Ti-Sb2Te3的数据保持力。
图8为实施例6中基于掺10％Ti的Ti-Sb2Te3的相变存储器件单元的电阻与电压曲线。
具体实施方式
下面结合具体实施例进一步阐述本发明，应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的保护范围。
实施例1
制备Sb60Te30Ti10纳米复合相变材料：
本实施例中的纳米复合相变材料采用Sb60Te30合金靶与Ti靶共溅射获得。其具体制备条件为：在共溅射过程中同时通入纯度为99.999％的Ar气，Sb60Te30靶采用射频电源，Ti靶采用直流电源，所采用的射频电源功率为25W，所采用的直流电源功率为15W。Sb2Te靶起辉后，再打开Ti靶电源。共溅射时间为20分钟，薄膜厚度大约在170nm。
将本实施例所获得的Sb60Te30Ti10纳米复合相变材料经检测获得图1-3：
图1为不同升温速率的Sb60Te30Ti10方块电阻与温度的关系曲线图。所用的升温速率分别从10℃/min-50℃/min。在升温速率10℃/min为纯的Sb60Te30的结晶温度大约为130℃，掺入Ti后，结晶温度大约为212℃，比原来的高80多度。升温速率越高，结晶温度越高，这是由于升温速率快，原子来不及扩散，因此结晶所需的时间变长。
图2为Sb60Te30Ti10薄膜在不同温度下保持的时间图。保持力是相变材料致关重要的一个特性，是衡量此相变材料能不能直接应用的重要参数之一。由上面讨论可知，Sb60Te30Ti10的结晶温度为212℃，因此取保持力的测试温度点分别为195℃、200℃、205℃、210℃，参见图2。这是由于保持力的测试温度点必须在结晶温度以下，保持力是用来表征非晶态的热稳定性，当测试温度点高于结晶温度时在升温的过程中相变材料已经结晶，因此不能测试出此非晶态的保持时间。这里失效时间的定义为当薄膜电阻下降到刚升到测试温度点所对应的初始电阻的一半所对应的时间。经测试可得，在195℃、200℃、205℃、210℃所对应的失效时间分别为1560s、610s、275s、70s，即温度越低，失效时间越长。
图3中，根据阿列纽斯公式可以推算出保持时间所对应的温度为137℃，比GST(85℃)高52℃。汽车电子10年保持力为120度，因此基于Sb60Te30Ti10相变材料的相变存储器能够满足这种需求。在得到10年保持温度的同时，我们也可以得到Sb60Te30Ti10结晶激活能。Sb60Te30Ti10的结晶激活能为3.5ev，相比于GST(2.3ev)高1.2ev。结晶激活能的增加有利于非晶态的热稳定性。
图4为实施例1中基于Sb60Te30Ti10薄膜的相变器件单元的电压-电阻曲线。测试所用电压脉冲为300ns，脉冲下降沿为30ns。从图4可知，从非晶到多晶所需的电压为1.1V，从晶态到非晶所需的电压为3.5V。因此本实施例的Sb60Te30Ti10纳米复合相变材料可以在电压脉冲作用实现可逆相变。
本实施例的Sb60Te30Ti10纳米复合相变材料在脉冲激光加热条件下，其结构可在非晶与多晶之间可逆转变，从而实现光学反射率的可逆转变。
实施例2
制备Sb72Te18Ti10纳米复合相变材料：
本实施例中的纳米复合相变材料采用Sb72Te18合金靶与Ti靶共溅射获得。其具体制备条件为：在共溅射过程中同时通入纯度为99.999％的Ar气，Sb72Te18靶采用射频电源，Ti靶采用直流电源，所采用的射频电源功率为25W，所采用的直流电源功率为15W。Sb72Te18靶起辉后，再打开Ti靶电源。共溅射时间为30分钟，薄膜厚度大约在200nm。
将本实施例所获得的Sb72Te18Ti10纳米复合相变材料经检测可知：
从所获得的Sb72Te18Ti10纳米复合相变材料不同升温速率的Sb80Te10Ti10方块电阻与温度的关系曲线图可知：升温速率越高，结晶温度越高。
所获得的Sb72Te18Ti10纳米复合相变材料的测试温度越低，失效时间越长。
所获得的Sb72Te18Ti10纳米复合相变材料具有10年的保持温度，在得到10年保持温度的同时，Sb72Te18Ti10的结晶激活能远高于GST(2.3ev)。结晶激活能的增加有利于非晶态的热稳定性。
所获得的Sb72Te18Ti10纳米复合相变材料可以在电压脉冲作用实现可逆相变；在脉冲激光加热条件下，其结构可在非晶与多晶之间可逆转变，从而实现光学反射率的可逆转变。
实施例3
制备Sb50Te30Ti20纳米复合相变材料：
本实施例中的纳米复合相变材料采用Sb50Te30合金靶与Ti靶共溅射获得。其具体制备条件为：在共溅射过程中同时通入纯度为99.999％的Ar气，Sb50Te30靶采用射频电源，Ti靶采用直流电源，所采用的射频电源功率为25W，所采用的直流电源功率为15W。Sb2Te靶起辉后，再打开Ti靶电源。共溅射时间为50分钟，薄膜厚度大约在250nm。
将本实施例所获得的Sb50Te30Ti20纳米复合相变材料经检测可知：
从所获得的Sb50Te30Ti20纳米复合相变材料不同升温速率的Sb50Te30Ti20方块电阻与温度的关系曲线图可知：升温速率越高，结晶温度越高。
所获得的Sb50Te30Ti20纳米复合相变材料的测试温度越低，失效时间越长。
所获得的Sb50Te30Ti20纳米复合相变材料具有10年的保持温度，在得到10年保持温度的同时，Sb50Te30Ti20的结晶激活能远高于GST(2.3ev)。结晶激活能的增加有利于非晶态的热稳定性。
所获得的Sb50Te30Ti20纳米复合相变材料可以在电压脉冲作用实现可逆相变；在脉冲激光加热条件下，其结构可在非晶与多晶之间可逆转变，从而实现光学反射率的可逆转变。
实施例4
制备Sb45Te45Ti10纳米复合相变材料：
本实施例中的纳米复合相变材料采用Sb45Te45合金靶与Ti靶共溅射获得。其具体制备条件为：在共溅射过程中同时通入纯度为99.999％的Ar气，Sb45Te45靶采用射频电源，Ti靶采用直流电源，所采用的射频电源功率为25W，所采用的直流电源功率为15W。Sb45Te45靶起辉后，再打开Ti靶电源。共溅射时间为15分钟，薄膜厚度大约在100nm。
将本实施例所获得的Sb45Te45Ti10纳米复合相变材料经检测可知：
从所获得的Sb45Te45Ti10纳米复合相变材料不同升温速率的Sb45Te45Ti10方块电阻与温度的关系曲线图可知：升温速率越高，结晶温度越高。
所获得的Sb45Te45Ti10纳米复合相变材料的测试温度越低，失效时间越长。
所获得的Sb45Te45Ti10纳米复合相变材料具有10年的保持温度，在得到10年保持温度的同时，Sb45Te45Ti10的结晶激活能远高于GST(2.3ev)。结晶激活能的增加有利于非晶态的热稳定性。
所获得的Sb45Te45Ti10纳米复合相变材料可以在电压脉冲作用实现可逆相变；在脉冲激光加热条件下，其结构可在非晶与多晶之间可逆转变，从而实现光学反射率的可逆转变。
实施例5
制备Sb69Te23Ti8纳米复合相变材料：
本实施例中的纳米复合相变材料采用Sb69Te23合金靶与Ti靶共溅射获得。其具体制备条件为：在共溅射过程中同时通入纯度为99.999％的Ar气，Sb69Te23靶采用射频电源，Ti靶采用直流电源，所采用的射频电源功率为25W，所采用的直流电源功率为15W。Sb69Te23靶起辉后，再打开Ti靶电源。共溅射时间为20分钟，薄膜厚度大约在160nm。
将本实施例所获得的Sb69Te23Ti8纳米复合相变材料经检测可知：
从所获得的Sb69Te23Ti85纳米复合相变材料不同升温速率的Sb69Te23Ti8方块电阻与温度的关系曲线图可知：升温速率越高，结晶温度越高。
所获得的Sb69Te23Ti8纳米复合相变材料的测试温度越低，失效时间越长。
所获得的Sb69Te23Ti8纳米复合相变材料具有10年的保持温度，在得到10年保持温度的同时，Sb69Te23Ti8的结晶激活能远高于GST(2.3ev)。结晶激活能的增加有利于非晶态的热稳定性。
所获得的Sb69Te23Ti8纳米复合相变材料可以在电压脉冲作用实现可逆相变；在脉冲激光加热条件下，其结构可在非晶与多晶之间可逆转变，从而实现光学反射率的可逆转变。
实施例6
制备掺Ti的Ti原子百分比含量分别为6％、8％和10％的Ti-Sb2Te3相变存储材料，以及不掺Ti的Sb2Te3相变存储材料。
本实施例中的Ti-Sb2Te3相变存储材料采用Sb2Te3合金靶与Ti靶共溅射获得。其具体制备条件为：在共溅射过程中同时通入纯度为99.999％的Ar气，Sb2Te3靶采用射频电源，Ti靶采用直流电源，所采用的射频电源功率为25W，所采用的直流电源功率为15W。Sb2Te3靶起辉后，再打开Ti靶电源。其中共溅射时间可根据所需相变薄膜的厚度进行调控。本实施例的Sb2Te3相变存储材料采用Sb2Te3合金靶溅射获得。
将本实施例所获得的掺Ti的Ti-Sb2Te3相变存储材料和不掺Ti的Sb2Te3相变存储材料经检测获得图5-8：
如图5所示，在升温速率为10℃/min下，纯Sb2Te3以及掺不同Ti含量的Ti-Sb2Te3薄膜的电阻随温度变化的曲线。由图5可知，纯Sb2Te3的初始电阻很低，这是由于沉积态已经部分结晶。。从结晶温度来看，掺Ti含量越多，结晶温度越高。掺6％Ti、8％Ti、10％Ti的Ti-Sb2Te3薄膜结晶温度分别为176℃、185℃、194℃。从非晶态电阻来看，掺入6％Ti时，非晶态比纯Sb2Te3高一个数量级，而掺入8％Ti、10％Ti，非晶态电阻比掺6％Ti的低。高低阻比值也随着掺入Ti含量的增加，先增大，后减小。但是掺入6％Ti、8％Ti、10％Ti的Ti-Sb2Te3薄膜的热稳定性均显著提高。
如图6所示，沉积态的纯Sb2Te3已经有衍射峰出现，证明其已经部分结晶。而掺入10％Ti后的Ti-Sb2Te3薄膜，没有出现衍射峰，为非晶态。由此可知掺Ti后的Ti-Sb2Te3薄膜确实提高了其结晶温度。从纯Sb2Te3和掺10％Ti的Ti-Sb2Te3在300℃退火的XRD对比结果可知，两种晶体具有相同的洐射峰，因此掺Ti后的Ti-Sb2Te3晶体结构并没有改变，即没有分相。不同的是掺Ti后的Ti-Sb2Te3，衍射峰强变弱了，这表明掺杂后，其晶粒减小。
如图7所示，根据阿列纽斯公式可以推算出掺10％Ti的Ti-Sb2Te3保持时间所对应的温度为105℃，比GST(85℃)高20℃。而消费型电子对保持力的要求是80℃下保存10年，因此掺10％Ti的Ti-Sb2Te3满足其要求。
如图8所示，基于掺10％Ti的Ti-Sb2Te3相变材料的相变存储器件所得到的电阻与电压曲线。由图4可知，在100ns的时候需要的Set与Reset电压分别为1V和3.3V。脉冲宽度变小后，依然能够实验Set与Reset操作，但是Set操作所需电压有所增加。因此基于掺10％Ti的Ti-Sb2Te3相变材料的相变存储器件具有较高的结晶速率，能够在纳秒数量级实现非晶态与晶态的可逆转变。
实施例7
制备掺Ti的Ti原子百分比含量分别为2％的Ti-Sb2Te3相变存储材料。
本实施例中的Ti-Sb2Te3相变存储材料采用Sb2Te3合金靶与Ti靶共溅射获得。其具体制备条件为：在共溅射过程中同时通入纯度为99.999％的Ar气，Sb2Te3靶采用射频电源，Ti靶采用直流电源，所采用的射频电源功率为25W，所采用的直流电源功率为15W。Sb2Te3靶起辉后，再打开Ti靶电源。其中共溅射时间可根据所需相变薄膜的厚度进行调控。本实施例的Sb2Te3相变存储材料采用Sb2Te3合金靶溅射获得。
将本实施例所获得的掺Ti的Ti-Sb2Te3相变存储材料经检测可知：
掺2％Ti的Ti-Sb2Te3相变存储材料中，Ti原子替代Sb原子的位置，且没有分相。
掺2％Ti的Ti-Sb2Te3相变存储材料采用电脉冲作用实现电阻率的可逆转变。
掺2％Ti的Ti-Sb2Te3相变存储材料采用激光脉冲作用实现光学反射率的可逆转变。
掺2％Ti的Ti-Sb2Te3相变存储材料，非晶态电阻比纯Sb2Te3高一个数量级。
掺2％Ti的Ti-Sb2Te3相变存储材料的结晶温度得到大幅度提升，热稳定性显著提高，数据保持力增强。
掺2％Ti的所述Ti-Sb2Te3相变存储材料的熔点和热导率降低。
从掺2％Ti的Ti-Sb2Te3和纯Sb2Te3在300℃退火的XRD对比结果可知，两种晶体具有相同的洐射峰，因此掺Ti后的Ti-Sb2Te3晶体结构并没有改变，即没有分相。不同的是掺Ti后的Ti-Sb2Te3，衍射峰强变弱了，这表明掺杂后，其晶粒减小。
基于掺2％Ti的Ti-Sb2Te3相变材料的相变存储器件所得到的电阻与电压曲线可知，基于掺2％Ti的Ti-Sb2Te3相变材料的相变存储器件具有较高的结晶速率，能够在纳秒数量级实现非晶态与晶态的可逆转变。
实施例8
制备掺Ti的Ti原子百分比含量分别为20％的Ti-Sb2Te3相变存储材料。
本实施例中的Ti-Sb2Te3相变存储材料采用Sb2Te3合金靶与Ti靶共溅射获得。其具体制备条件为：在共溅射过程中同时通入纯度为99.999％的Ar气，Sb2Te3靶采用射频电源，Ti靶采用直流电源，所采用的射频电源功率为25W，所采用的直流电源功率为15W。Sb2Te3靶起辉后，再打开Ti靶电源。其中共溅射时间可根据所需相变薄膜的厚度进行调控。本实施例的Sb2Te3相变存储材料采用Sb2Te3合金靶溅射获得。
将本实施例所获得的掺Ti的Ti-Sb2Te3相变存储材料经检测可知：
掺20％Ti的Ti-Sb2Te3相变存储材料中，Ti原子替代Sb原子的位置，且没有分相。
掺20％Ti的Ti-Sb2Te3相变存储材料采用电脉冲作用实现电阻率的可逆转变。
掺20％Ti的Ti-Sb2Te3相变存储材料采用激光脉冲作用实现光学反射率的可逆转变。
掺20％Ti的Ti-Sb2Te3相变存储材料的结晶温度得到大幅度提升，热稳定性显著提高，数据保持力增强。
掺20％Ti的所述Ti-Sb2Te3相变存储材料的熔点和热导率降低。
从掺20％Ti的Ti-Sb2Te3和纯Sb2Te3在300℃退火的XRD对比结果可知，两种晶体具有相同的洐射峰，因此掺Ti后的Ti-Sb2Te3晶体结构并没有改变，即没有分相。不同的是掺Ti后的Ti-Sb2Te3，衍射峰强变弱了，这表明掺杂后，其晶粒减小。
根据阿列纽斯公式可以推算出掺20％Ti的Ti-Sb2Te3保持时间所对应的温度比GST(85℃)高。而消费型电子对保持力的要求是80℃下保存10年，因此掺20％Ti的Ti-Sb2Te3满足其要求。
基于掺20％Ti的Ti-Sb2Te3相变材料的相变存储器件所得到的电阻与电压曲线可知，基于掺20％Ti的Ti-Sb2Te3相变材料的相变存储器件具有较高的结晶速率，能够在纳秒数量级实现非晶态与晶态的可逆转变。
本发明实施例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 (16)

1.一种用于相变存储器的Sb-Te-Ti相变存储材料，为在Sb-Te相变存储材料中掺入Ti而成，其化学通式为SbxTeyTi100-x-y，其中0＜x＜80，0＜y＜100-x。
2.如权利要求1所述的用于相变存储器的Sb-Te-Ti相变存储材料，其特征在于，x的取值范围为45≤x≤72，y的取值范围为5≤y≤45。
3.如权利要求1所述的用于相变存储器的Sb-Te-Ti相变存储材料，其特征在于，所述Sb-Te-Ti相变存储材料采用电脉冲作用实现电阻率的可逆转变。
4.如权利要求1所述的用于相变存储器的Sb-Te-Ti相变存储材料，其特征在于，所述Sb-Te-Ti相变存储材料采用激光脉冲作用实现光学反射率的可逆转变。
5.如权利要求1所述的用于相变存储器的Sb-Te-Ti相变存储材料，其特征在于，所述Sb-Te-Ti相变存储材料为Sb-Te-Ti相变薄膜材料。
6.如权利要求1所述的用于相变存储器的Sb-Te-Ti相变存储材料，其特征在于，所述Sb-Te相变存储材料为Sb2Te3相变存储材料，在Sb2Te3相变存储材料中掺入Ti后获得的Sb-Te-Ti相变存储材料为Ti-Sb2Te3相变存储材料，所述化学通式SbxTeyTi100-x-y中，
Figure FDA0000145581210000011
Ti的原子百分含量小于50％。
7.如权利要求6所述的用于相变存储器的Sb-Te-Ti相变存储材料，其特征在于，所述Ti-Sb2Te3相变存储材料中，Ti的原子百分含量在2％-20％之间。
8.如权利要求6所述的用于相变存储器的Sb-Te-Ti相变存储材料，其特征在于，所述Ti-Sb2Te3相变存储材料中，Ti原子替代Sb原子的位置，且没有分相。
9.如权利要求6所述的用于相变存储器的Sb-Te-Ti相变存储材料，其特征在于，所述Ti-Sb2Te3相变存储材料，随着掺入Ti含量的增加，Ti-Sb2Te3相变存储材料的非晶态电阻先增大再降低。
10.如权利要求1-9任一所述的用于相变存储器的Sb-Te-Ti相变存储材料的制备方法，包括如下步骤：按照化学通式SbxTeyTi100-x-y中Sb和Te的配比采用SbxTey合金靶以及Ti靶共溅射获得所述Sb-Te-Ti相变存储材料。
11.如权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所述共溅射的溅射条件为：在共溅射过程中同时通入纯度为99.999％以上的Ar气，SbxTey合金靶采用射频电源，Ti靶采用直流电源。
12.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于，共溅射时，所述SbxTey合金靶起辉后，再打开Ti靶电源。
13.如权利要求11所述的制备方法，其特征在于，所述射频电源功率为25W，所述直流电源功率为15W；所述共溅射的时间为15-50分钟。
14.如权利要求10所述的制备方法，其特征在于，所获得的Sb-Te-Ti相变存储材料为相变薄膜材料，其薄膜的厚度为100nm-250nm。
15.一种基于权利要求1-9任一所述的Sb-Te-Ti相变存储材料的相变存储器单元。
16.如权利要求15所述的相变存储器单元，其特征在于，所述Sb-Te-Ti相变存储材料为Ti-Sb2Te3相变存储材料，且随着掺入Ti含量的增加，所述相变存储器单元的Reset电压升高；随着掺入Ti含量的增加，所述相变存储器单元的高阻先增大后减小，且高阻与低阻的比值也先增大后减小。
CN2012100764919A 2011-07-13 2012-03-21 一种Ti-Sb2Te3相变存储材料 Active CN102593355B (zh)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2012100764919A CN102593355B (zh) 2011-07-13 2012-03-21 一种Ti-Sb2Te3相变存储材料
PCT/CN2012/087572 WO2013139162A1 (zh) 2012-03-21 2012-12-26 一种Sb-Te-Ti相变存储材料及Ti-Sb2Te3相变存储材料
US13/885,894 US20140192592A1 (en) 2012-03-21 2012-12-26 Sb-te-ti phase-change memory material and ti-sb2te3 phase-change memory material
US14/966,348 US10276234B2 (en) 2012-03-21 2015-12-11 Sb—Te—Ti phase-change memory material and Ti—Sb2Te3 phase-change memory material

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201110196219XA CN102268738A (zh) 2011-07-13 2011-07-13 一种Sb-Te-Ti相变存储材料
CN201110196219.X 2011-07-13
CN2012100764919A CN102593355B (zh) 2011-07-13 2012-03-21 一种Ti-Sb2Te3相变存储材料

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN102593355A true CN102593355A (zh) 2012-07-18
CN102593355B CN102593355B (zh) 2013-11-27

Family

ID=49223953

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2012100764919A Active CN102593355B (zh) 2011-07-13 2012-03-21 一种Ti-Sb2Te3相变存储材料

Country Status (3)

Country Link
US (1) US20140192592A1 (zh)
CN (1) CN102593355B (zh)
WO (1) WO2013139162A1 (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103000807A (zh) * 2012-12-12 2013-03-27 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 钛-锑-碲相变材料沉积方法及相变存储单元的制备方法
WO2013139162A1 (zh) * 2012-03-21 2013-09-26 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种Sb-Te-Ti相变存储材料及Ti-Sb2Te3相变存储材料
CN109037438A (zh) * 2018-06-22 2018-12-18 杭州电子科技大学 用于人工神经网络中的N-Ti-Sb-Te基突触仿生器件
US10276234B2 (en) 2012-03-21 2019-04-30 Shanghai Institute Of Microsystem And Information Technology, Chinese Academy Of Sciences Sb—Te—Ti phase-change memory material and Ti—Sb2Te3 phase-change memory material
CN110120453A (zh) * 2018-02-05 2019-08-13 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种C-Ti-Sb-Te相变材料
WO2023193754A1 (zh) * 2022-04-06 2023-10-12 华为技术有限公司 相变存储材料和其制备方法、相变存储芯片及设备

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104465988A (zh) * 2014-12-16 2015-03-25 曲阜师范大学 一种用于相变存储器的相变材料及其制备方法
CN106711325B (zh) * 2015-11-17 2019-10-01 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 相变薄膜材料、相变存储器单元及其制备方法
CN109904311B (zh) * 2017-12-08 2022-12-23 江苏理工学院 一种用于相变存储器的Sb-Se-Ti系列纳米复合相变薄膜及其制备方法
US10580976B2 (en) 2018-03-19 2020-03-03 Sandisk Technologies Llc Three-dimensional phase change memory device having a laterally constricted element and method of making the same
KR20200104670A (ko) 2019-02-27 2020-09-04 삼성전자주식회사 티타늄계 비정질 합금 및 이를 적용한 상변화 메모리소자
CN111876731B (zh) * 2020-06-12 2022-07-19 宁波大学 一种Ca掺杂碲化锑超稳相变存储薄膜材料及其制备方法
CN114892133A (zh) * 2022-04-02 2022-08-12 昆明贵研新材料科技有限公司 一种用作久储相变存储介质的Ru-Sb-Te合金溅射靶材及其制备方法
FR3135563A1 (fr) * 2022-05-16 2023-11-17 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Mémoire résistive à performances configurables et procédés associés

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07223372A (ja) * 1993-06-18 1995-08-22 Hitachi Ltd 情報記録用薄膜および情報記録媒体
CN1862683A (zh) * 2005-05-11 2006-11-15 索尼株式会社 相变型光信息记录介质
US20080128677A1 (en) * 2006-11-30 2008-06-05 Samsung Electronics Co., Ltd. Storage node including diffusion barrier layer, phase change memory device having the same and methods of manufacturing the same

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7893419B2 (en) * 2003-08-04 2011-02-22 Intel Corporation Processing phase change material to improve programming speed
CN101383398A (zh) * 2008-10-20 2009-03-11 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 含锑材料作为电阻转换存储材料的应用
CN102268738A (zh) * 2011-07-13 2011-12-07 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种Sb-Te-Ti相变存储材料
CN102593355B (zh) * 2011-07-13 2013-11-27 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种Ti-Sb2Te3相变存储材料

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07223372A (ja) * 1993-06-18 1995-08-22 Hitachi Ltd 情報記録用薄膜および情報記録媒体
CN1862683A (zh) * 2005-05-11 2006-11-15 索尼株式会社 相变型光信息记录介质
US20080128677A1 (en) * 2006-11-30 2008-06-05 Samsung Electronics Co., Ltd. Storage node including diffusion barrier layer, phase change memory device having the same and methods of manufacturing the same

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013139162A1 (zh) * 2012-03-21 2013-09-26 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种Sb-Te-Ti相变存储材料及Ti-Sb2Te3相变存储材料
US10276234B2 (en) 2012-03-21 2019-04-30 Shanghai Institute Of Microsystem And Information Technology, Chinese Academy Of Sciences Sb—Te—Ti phase-change memory material and Ti—Sb2Te3 phase-change memory material
CN103000807A (zh) * 2012-12-12 2013-03-27 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 钛-锑-碲相变材料沉积方法及相变存储单元的制备方法
CN110120453A (zh) * 2018-02-05 2019-08-13 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 一种C-Ti-Sb-Te相变材料
CN109037438A (zh) * 2018-06-22 2018-12-18 杭州电子科技大学 用于人工神经网络中的N-Ti-Sb-Te基突触仿生器件
CN109037438B (zh) * 2018-06-22 2022-07-29 杭州电子科技大学 用于人工神经网络中的N-Ti-Sb-Te基突触仿生器件
WO2023193754A1 (zh) * 2022-04-06 2023-10-12 华为技术有限公司 相变存储材料和其制备方法、相变存储芯片及设备

Also Published As

Publication number Publication date
US20140192592A1 (en) 2014-07-10
WO2013139162A1 (zh) 2013-09-26
CN102593355B (zh) 2013-11-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102593355B (zh) 一种Ti-Sb2Te3相变存储材料
CN102569652B (zh) 一种Ti-Sb2Te相变存储材料
Raoux et al. Phase change materials and their application to random access memory technology
CN102800808B (zh) 一种用于相变存储器的富锑高速相变材料及其制备方法和应用
US7632456B2 (en) Phase change material for high density non-volatile memory
WO2011030916A1 (ja) 相変化材料および相変化型メモリ素子
JP2009524210A5 (zh)
CN102134698B (zh) 用于相变存储器的Al-Sb-Te系列相变材料及其制备方法
CN102227015A (zh) 一种相变存储材料及其制备方法
Kim et al. Physical and electrical characteristics of GexSb100− x films for use as phase-change materials
Cheng et al. Characteristics of Ga–Sb–Te films for phase-change memory
CN102361063A (zh) 用于相变存储器的薄膜材料及其制备方法
CN110635033A (zh) 一种B-Sb-Te相变材料、相变存储单元及其制备方法
CN101916823B (zh) 基于碲化锑复合相变材料的相变存储装置及其制备方法
CN102945924A (zh) 一种TiSbTe相变存储材料、制备方法及其应用
CN102623632B (zh) 用于高温环境的N-Ge-Te相变存储材料及制备方法
CN100582002C (zh) 一种无碲存储材料、制备方法及应用
US8379440B2 (en) Metallic-glass-based phase-change memory
Sousa et al. Material engineering for PCM device optimization
CN102453823B (zh) 碳化物复合相变存储材料及制备方法
CN102487119B (zh) 用于相变存储器的Sb2Tex-SiO2纳米复合相变材料及制备方法
CN102610745B (zh) 用于相变存储器的Si-Sb-Te基硫族化合物相变材料
CN102569644B (zh) 用于相变存储器的Sb2Tey-Si3N4复合相变材料及制备方法
JP6598166B2 (ja) 相変化材料および相変化型メモリ素子
CN102347446B (zh) 一种用于相变存储器的Ge-Sb-Te富Ge掺N相变材料及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant