CN103762308A - 多态镓锑-硒化锡多层纳米复合相变材料及其制备和应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及多态镓锑-硒化锡多层纳米复合相变材料及其制备和应用，为Ga₃₀Sb₇₀／SnSe₂纳米复合多层相变薄膜，由SnSe₂薄膜和Ga₃₀Sb₇₀薄膜交替排列成多层薄膜结构，其中SnSe₂薄膜的厚度为5～35nm，Ga₃₀Sb₇₀薄膜的厚度为5～35nm；Ga₃₀Sb₇₀/SnSe₂纳米复合多层相变薄膜的总厚度为50-70nm，采用磁控溅射法制备得到，可以应用在具有多态性能的高密度相变存储器中。与现有技术相比，本发明具有多级相变特性，能大大提高PCRAM的存储密度；具有更高的晶态及非晶态电阻，能降低PCRAM的操作功耗；相比传统相变存储材料热稳定性提高，晶化速度加快。

Description

多态镓锑-硒化锡多层纳米复合相变材料及其制备和应用

技术领域

本发明涉及微电子材料技术领域，尤其是涉及一种用于高密度相变存储的Ga₃₀Sb₇₀/SnSe₂纳米复合多层相变薄膜材料及其制备方法和应用。

背景技术

在各种新型存储器中，相变存储器(Phase Change Random Access Memory，PCRAM)已经被公认为是下一代最有希望的存储器之一，它可能在将来代替闪存，因为它比目前占据市场较大的FLASH速度快得多，并且容易缩小到较小尺寸，能够实现一亿次以上的擦写次数。PCRAM具有存储单元尺寸小、非挥发性、循环寿命长、稳定性好、功耗低和可嵌入功能强等优点，特别是在器件特征尺寸的微缩方面，具有极大的优势，这也是其替代FLASH的最有力优势。此外PCRAM的制造工艺与CMOS工艺兼容，工艺简单、高速、高密度、低成本是PCRAM的另一大优势(S.Lai and T.Lowrey：IEDM Tech.Dig.，2000，p.243)，具有广阔的商用前景。

相变存储薄膜材料的制备方式有掺杂、复合等，Kim等在Ge-Sb-Te体系掺杂入Ag，与传统的Ge-Sb-Te体系材料进行比较，掺杂入Ag的Ge-Sb-Te体系相变温度提高，并且由于晶格畸变，相变速度得到提高(D.H.Kim等，MaterialsCharacterization，58(2007)，p.479—484)。Shintani等将GeTe与Sb2Te3进行复合获得类超晶格结构薄膜，并将其器件化，得到，随着脉冲宽度的减小，相变器件RESET电压降低，SET电压几乎不变(Shintani等，Applied Physics Express6(2013)111401)。迄今，对于相变存储材料的研究主要集中于提高相变温度，热稳定性等，对于器件的研究主要集中于降低脉冲电压，降低存储器功耗等。

然而，对于如何大幅提高相变存储单元的存储密度，如何通过提高相变存储材料低阻态电阻，降低相变存储器件功耗等仍未有太大的研究。

发明内容

本发明利用两种材料自身晶化前后电阻差异，以及晶化温度的差异，提供一种晶态电阻高，具有多级存储能力的Ga₃₀Sb₇₀／SnSe₂纳米复合多层相变薄膜材料及其制备方法和应用。

与传统的相变存储材料相比，本发明的Ga₃₀Sb₇₀／SnSe₂纳米复合多层相变薄膜具有多级相变的优点，能使相变存储器在单元体积内存储方式由两态提高到三态，大大增加了相变单元的存储密度，并且相变材料的晶态、非晶态电阻大大提高，根据p＝I²R，能够大大降低PCRAM器件的功耗。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明涉及一种多态镓锑-硒化锡多层纳米复合相变材料，为Ga₃₀Sb₇₀／SnSe₂纳米复合多层相变薄膜，是由SnSe₂薄膜和Ga₃₀Sb₇₀薄膜交替排列成多层薄膜结构，其中单层SnSe₂薄膜的厚度为5-35nm，单层Ga₃₀Sb₇₀薄膜的厚度为5-35nm；所述Ga₃₀Sb₇₀／SnSe₂纳米复合多层相变薄膜的总厚度为50-70nm。

Ga₃₀Sb₇₀／SnSe₂纳米复合多层相变薄膜化学组成为[Ga30Sb70(a)SnSe2(b)]x，其中a、b分别表示单层Ga₃₀Sb₇₀薄膜和单层SnSe₂薄膜的厚度，5≤a≤35nm，5≤b≤35nm；x为Ga₃₀Sb₇₀／SnSe₂纳米复合多层相变薄膜的周期数，x＝1-5。

较优的，Ga₃₀Sb₇₀／SnSe₂纳米复合多层相变薄膜中a∶b为15∶35、25∶25、10∶15。

较优的，Ga₃₀Sb₇₀／SnSe₂纳米复合多层相变薄膜厚度为50nm。

最优的，Ga₃₀Sb₇₀／SnSe₂纳米复合多层相变薄膜化学组成为[Ga₃₀Sb₇₀(10)SnSe₂(15)]2。

本发明所述的Ga₃₀Sb₇₀／SnSe₂纳米复合多层相变薄膜具有多级相变能力，能大大提高PCRAM的存储密度；具有较高的晶化温度和结晶激活能，能改善PCRAM的热稳定性；具有更高的晶态及非晶态电阻，能降低PCRAM的操作功耗；相比单纯的SnSe₂薄膜材料，具有更快的晶化速度。

Ga₃₀Sb₇₀／SnSe₂纳米复合多层相变薄膜采用磁控溅射方法制备，在SiO₂／Si(100)衬底上，以Ga₃₀Sb₇₀和SnSe₂为溅射靶材，以Ar为溅射气体，交替沉积多层SnSe₂薄膜和Ga₃₀Sb₇₀薄膜。

较优的，Ga₃₀Sb₇₀和SnSe₂靶材的纯度均在原子百分比99.999％以上，本底真空度不大于2x10^-4pa，所述的Ar气的纯度为体积百分比99.999％以上。

较优的，Ga₃₀Sb₇₀和SnSe₂靶材溅射分别采用射频和直流电源，且溅射功率均为15-25W，最优为20W。

较优的，Ar气的气体流量为25-35SCCM，最优为30SCCM；溅射气压为0.15-0.25Pa，最优为0.2Pa。

所述的单层Ga₃₀Sb₇₀薄膜和单层SnSe₂薄膜的厚度通过溅射时间来调控。

本发明所述的Ga₃₀Sb₇₀／SnSe₂纳米复合多层相变薄膜的制备方法，具体包括以下步骤：

1.清洗SiO₂／Si(100)基片表面、背面，去除灰尘颗粒、有机与无机杂质；

2.安装好溅射靶材；设定射频功率，直流功率，气体流量及溅射气压；

3.采用室温磁控溅射方法制备Ga₃₀Sb₇₀／SnSe₂纳米复合多层相变薄膜；

(a)将基片旋转到SnSe₂靶位，打开SnSe₂的直流电源，开始溅射SnSe₂薄膜，SnSe₂薄膜溅射完成后，关闭SnSe₂的直流电源。

(b)将基片旋转到Ga₃₀Sb₇₀靶位，打开Ga₃₀Sb₇₀的射频电源，开始溅射Ga₃₀Sb₇₀薄膜，Ga₃₀Sb₇₀薄膜溅射完成后，关闭Ga₃₀Sb₇₀的射频电源。

重复(a)、(b)两步，直到多层薄膜厚度达到所需厚度。

制备得到的Ga₃₀Sb₇₀／SnSe₂纳米复合多层相变薄膜应用在具有多态性能的高密度相变存储器中。

与现有技术相比，本发明制备得到的Ga₃₀Sb₇₀/SnSe₂纳米复合多层相变薄膜具有二级相变能力，与传统的只能一次相变的相变存储材料相比，从0、1存储，提高到0、1、2三态存储((00)(01)(10)信息记录)，能大大提高PCRAM的存储密度；利用SnSe₂晶化前后10个数量级以上的电阻差异，提高材料在各个态的电阻，最低态电阻也提高了10个数量级以上，能大大降低PCRAM的操作功耗；两次相变的晶化温度分别位220℃和270℃左右，能改善PCRAM的热稳定性；相比单纯的SnSe₂薄膜材料，具有更快的晶化速度，晶化速度在60ns以内。

附图说明

图1为实施例1、2制备得到产品的在不同升温速率下，其电阻与温度的关系曲线，以及用于计算结晶激活能的kissinger拟合曲线图；

(a)、(b)是不同升温速度下[Ga₃₀Sb₇₀(10nm)SnSe₂(15nm)]2薄膜电阻随温度的变化以及其两次相变的结晶激活能；(c)、(d)是不同升温速度下[Ga₃₀Sb₇₀(25nm)SnSe₂(25nm)]1薄膜电阻随温度的变化以及其两次相变的结晶激活能；

图2为单层Ga₃₀Sb₇₀、SnSe₂薄膜以及[Ga₃₀Sb₇₀(10nm)SnSe₂(15nm)]2复合薄膜的折射率变化与激光脉冲时间的关系；

图3为[Ga₃₀Sb₇₀(25nm)SnSe₂(25nm)]1薄膜PCRAM器件单元的I-V、R-V特性曲线。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书说揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不用观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

一种多态镓锑-硒化锡多层纳米复合相变材料，为Ga₃₀Sb₇₀／SnSe₂纳米复合多层相变薄膜，制备的Ga₃₀Sb₇₀／SnSe₂纳米复合多层相变薄膜总厚度为50nm～60nm，结构通式为[Ga₃₀Sb₇₀(a)SnSe₂(b)]x，具体结构可以有[Ga₃₀Sb₇₀(5nm)SnSe₂(5nm)]5、[Ga₃₀Sb₇₀(10nm)SnSe₂(10nm)]3，[Ga₃₀Sb₇₀(10nm)SnSe₂(15nm)]2、[Ga₃₀Sb₇₀(15nm)SnSe₂(10nm)]2，[Ga₃₀Sb₇₀(15nm)SnSe₂(15nm)]2、[Ga₃₀Sb₇₀(15nm)SnSe₂(35nm)]1，[Ga₃₀Sb₇₀(20nm)SnSe₂(30nm)]1、[Ga₃₀Sb₇₀(25nm)SnSe₂(25nm)]1，[Ga₃₀Sb₇₀(35nm)SnSe₂(15nm)]1等等。采用以下步骤制备得到：

1.清洗SiO₂／／Si(100)基片表面、背面，去除灰尘颗粒、有机与无机杂质：

(a)将基片置于乙醇溶液中，用超声清洗15分钟，去基片表面灰尘颗粒以及无机杂质；

(b)将基片置于丙酮溶液中，用超声清洗15分钟，去基片表面有机杂质；

(c)将基片置于去离子水中，用超声清洗15分钟，再次清洗表面；

(d)取出基片，用纯Ar气吹干，待用。

2.采用溅射方法制备[Ga₃₀Sb₇₀(a)SnSe₂(b)]x薄膜前准备

(a)放上Ga₃₀Sb₇₀和SnSe₂合金靶材，安装好基片，然后密封真空室

(b)将气体流量计打开5min，然后置于阀控状态，打开机械泵抽真空，当真空达到5Pa或以下时，启动分子泵，抽真空至2x10^-4pa以下。

(c)设定射频功率和直流功率均为20W。

(d)使用高纯Ar气作为溅射气体，气体流量为30SCCM，溅射气压为0.2Pa。

3.用镀膜监控程序进行镀膜，所需要的溅射厚度，可以通过溅射时间来改变，其中SnSe₂靶材的溅射速度为0.9nm／s，Ga₃₀Sb₇₀靶材的溅射速度为0.25nm／s

(a)将基片旋转到SnSe₂靶位，打开SnSe₂的直流电源，开始溅射SnSe₂薄膜，SnSe₂薄膜溅射完成后，关闭SnSe₂的直流电源。

(b)将基片旋转到Ga₃₀Sb₇₀靶位，打开Ga₃₀Sb₇₀的射频电源，开始溅射Ga₃₀Sb₇₀薄膜，Ga₃₀Sb₇₀薄膜溅射完成后，关闭Ga₃₀Sb₇₀的射频电源。

(c)重复(a)、(b)两步，直到多层薄膜厚度达到50-60nm。

实施例1

本实施例中制备的Ga₃₀Sb₇₀／SnSe₂纳米复合多层相变薄膜总厚度为50nm，具体结构为[Ga₃₀Sb₇₀(10nm)SnSe₂(15nm)]2。

1.清洗SiO₂/Si(100)基片表面、背面，去除灰尘颗粒、有机与无机杂质：

(a)将基片置于乙醇溶液中，用超声清洗15分钟，去基片表面灰尘颗粒以及无机杂质；

(b)将基片置于丙酮溶液中，用超声清洗15分钟，去基片表面有机杂质；

(c)将基片置于去离子水中，用超声清洗15分钟，再次清洗表面；

(d)取出基片，用纯Ar气吹干，待用。

2.采用溅射方法制备[Ga₃₀Sb₇₀(10nm)SnSe₂(15nm)]2薄膜前准备

(a)放上Ga₃₀Sb₇₀和SnSe₂合金靶材，安装好基片，然后密封真空室

(b)将气体流量计打开5min，然后置于阀控状态，打开机械泵抽真空，当真空达到5Pa或以下时，启动分子泵，抽真空至2x10^-4pa以下。

(c)设定射频功率和直流功率均为20W。

(d)使用高纯Ar气作为溅射气体，气体流量为30SCCM，溅射气压为0.2Pa。

3.用镀膜监控程序进行镀膜，所需要的溅射厚度，可以通过溅射时间来改变，其中SnSe₂靶材的溅射速度为0.9nm／s，Ga₃₀Sb₇₀靶材的溅射速度为0.25nm／s

(a)将基片旋转到SnSe₂靶位，打开SnSe₂的直流电源，开始溅射SnSe₂薄膜，持续时间17s，SnSe₂薄膜溅射完成后，关闭SnSe₂的直流电源。

(b)将基片旋转到Ga₃₀Sb₇₀靶位，打开Ga₃₀Sb₇₀的射频电源，开始溅射Ga₃₀Sb₇₀薄膜，持续时间40s，Ga₃₀Sb₇₀薄膜溅射完成后，关闭Ga₃₀Sb₇₀的射频电源。

(c)重复(a)、(b)两步，直到多层薄膜厚度达到50nm。

实施例2

本实施例中制备的Ga₃₀Sb₇₀／SnSe₂纳米复合多层相变薄膜总厚度为50nm，具体结构为[Ga₃₀Sb₇₀(25nm)SnSe₂(25nm)]1。

1.清洗SiO₂／Si(100)基片表面、背面，去除灰尘颗粒、有机与无机杂质：

(a)将基片置于乙醇溶液中，用超声清洗15分钟，去基片表面灰尘颗粒以及无机杂质；

(b)将基片置于丙酮溶液中，用超声清洗15分钟，去基片表面有机杂质；

(c)将基片置于去离子水中，用超声清洗15分钟，再次清洗表面；

(d)取出基片，用纯Ar气吹干，待用。

2.采用溅射方法制备[Ga₃₀Sb₇₀(25nm)SnSe₂(25nm)]1薄膜前准备

(a)放上Ga₃₀Sb₇₀和SnSe₂合金靶材，安装好基片，然后密封真空室

(b)将气体流量计打开5min，然后置于阀控状态，打开机械泵抽真空，当真空达到5Pa或以下时，启动分子泵，抽真空至2x10^-4pa以下。

(c)设定射频功率和直流功率均为20W。

(d)使用高纯Ar气作为溅射气体，气体流量为30SCCM，溅射气压为0.2Pa。

3.用镀膜监控程序进行镀膜，所需要的溅射厚度，可以通过溅射时间来改变，其中SnSe₂靶材的溅射速度为0.9nm／s，Ga₃₀Sb₇₀靶材的溅射速度为0.25nm／s

(a)将基片旋转到SnSe₂靶位，打开SnSe₂的直流电源，开始溅射SnSe₂薄膜，持续时间28s，SnSe₂薄膜溅射完成后，关闭SnSe₂的直流电源。

(b)将基片旋转到Ga₃₀Sb₇₀靶位，打开Ga₃₀Sb₇₀的射频电源，开始溅射Ga₃₀Sb₇₀薄膜，持续时间100s，Ga₃₀Sb₇₀薄膜溅射完成后，关闭Ga₃₀Sb₇₀的射频电源。

对比例1

本对比例中制备的单层SnSe₂相变薄膜，总厚度为50nm。

1.清洗SiO₂／Si(100)基片表面、背面，去除灰尘颗粒、有机与无机杂质：

(a)将基片置于乙醇溶液中，用超声清洗15分钟，去基片表面灰尘颗粒以及无机杂质；

(b)将基片置于丙酮溶液中，用超声清洗15分钟，去基片表面有机杂质；

(c)将基片置于去离子水中，用超声清洗15分钟，再次清洗表面；

(d)取出基片，用纯Ar气吹干，待用。

2.采用溅射方法制备单层SnSe₂相变薄膜前准备

(a)放上SnSe₂合金靶材，安装好基片，然后密封真空室

(b)将气体流量计打开5min，然后置于阀控状态，打开机械泵抽真空，当真空达到5Pa或以下时，启动分子泵，抽真空至2x10^-4pa以下。

(c)设定射频功率和直流功率均为20W。

(d)使用高纯Ar气作为溅射气体，气体流量为30SCCM，溅射气压为0.2Pa。

3用镀膜监控程序进行镀膜，所需要的溅射厚度，可以通过溅射时间来改变，其中SnSe₂靶材的溅射速度为0.9nm／s。将基片旋转到SnSe₂靶位，打开SnSe₂的直流电源，开始溅射SnSe₂薄膜，持续时间56s，SnSe₂薄膜溅射完成后，关闭SnSe₂的直流电源。

对比例2

本对比例中制备的单层Ga₃₀Sb₇₀相变薄膜，总厚度为50nm。

1.清洗SiO₂／Si(100)基片表面、背面，去除灰尘颗粒、有机与无机杂质：

(a)将基片置于乙醇溶液中，用超声清洗15分钟，去基片表面灰尘颗粒以及无机杂质；

(b)将基片置于丙酮溶液中，用超声清洗15分钟，去基片表面有机杂质；

(c)将基片置于去离子水中，用超声清洗15分钟，再次清洗表面；

(d)取出基片，用纯Ar气吹干，待用。

2.采用溅射方法制备单层Ga₃₀Sb₇₀相变薄膜前准备

(a)放上Ga₃₀Sb₇₀合金靶材，安装好基片，然后密封真空室

(b)将气体流量计打开5min，然后置于阀控状态，打开机械泵抽真空，当真空达到5Pa或以下时，启动分子泵，抽真空至2x10^-4pa以下。

(c)设定射频功率和直流功率均为20W。

(d)使用高纯Ar气作为溅射气体，气体流量为30SCCM，溅射气压为0.2Pa。

3.用镀膜监控程序进行镀膜，所需要的溅射厚度，可以通过溅射时间来改变，其中Ga₃₀Sb₇₀靶材的溅射速度为0.25nm／s。将基片旋转到Ga₃₀Sb₇₀靶位，打开Ga₃₀Sb₇₀的射频电源，开始溅射Ga₃₀Sb₇₀薄膜，持续时间56s，Ga₃₀Sb₇₀薄膜溅射完成后，关闭Ga₃₀Sb₇₀的射频电源。

将上述实施例1、2制备得到的[Ga₃₀Sb₇₀(10nm)SnSe₂(15nm)]2和[Ga₃₀Sb₇₀(25nm)SnSe₂(25nm)]1纳米复合多层相变薄膜进行测试，得到Ga₃₀Sb₇₀／SnSe₂纳米复合多层相变薄膜，在不同升温速率下，其电阻与温度的关系曲线，以及用于计算结晶激活能的kissinger拟合曲线图，如图1所示；将上述实施例1以及对比例1，2中的[Ga₃₀Sb₇₀(10nm)SnSe₂(15nm)]2纳米复合多层薄膜，以及单层Ga₃₀Sb₇₀薄膜和单层SnSe₂薄膜经纳秒激光脉冲照射，得经纳秒激光脉冲照射时反射率随时间的变化关系，如图2所示；将上述实施例2所得的[Ga₃₀Sb₇₀(10nm)SnSe₂(15nm)]2薄膜制备成相变存储器件并进行测试，得到相变存储器件的I-V，R-V特性曲线，如图3所示。

图1为本发明中[Ga₃₀Sb₇₀(10nm)SnSe₂(15nm)]2和[Ga₃₀Sb₇₀(25nm)SnSe₂(25nm)]1纳米复合多层相变薄膜在不同升温速率下，其电阻与温度的关系曲线，以及用于计算结晶激活能的kissinger拟合曲线图。由图1(b)可以看到[Ga₃₀Sb₇₀(10nm)SnSe₂(15nm)]1纳米复合多层薄膜第一次相变结晶激活能为2.89eV，第二次相变结晶激活能为3.89eV，图1(d)可以看到[Ga₃₀Sb₇₀(25nm)SnSe₂(25nm)]1纳米复合多层薄膜第一次相变结晶激活能为1.81eV，第二次相变结晶激活能为3.16eV。可以得出随着薄膜层数的增加，材料的结晶激活能变大，多层结构对材料的相变过程有抑制作用。这是由于Ga₃₀Sb₇₀层晶化温度较高，其存在，有利于提高材料的热稳定性。

图2为本发明中[Ga₃₀Sb₇₀(10nm)SnSe₂(15nm)]2纳米复合多层薄膜，以及单层Ga₃₀Sb₇₀薄膜和单层SnSe2薄膜经纳秒激光脉冲照射，得经纳秒激光脉冲照射时反射率随时间的变化关系。由图2可知，单层SnSe2薄膜光激发相变速度为110ns，单层Ga₃₀Sb₇₀薄膜光激发相变速度为45ns，复合后的[Ga₃₀Sb₇₀(10nm)SnSe₂(15nm)]2纳米多层薄膜相变速度为60ns，可以证明Ga₃₀Sb₇₀薄膜层的加入，能大大提高SnSe2薄膜的相变速度，这是由于Ga₃₀Sb₇₀层中含有大量Sb，其晶化温度较低，溅射过程中容易部分晶化，能诱导SnSe₂层相变，加快相变存储材料的晶化速度。

图3为本发明中[Ga₃₀Sb₇₀(10nm)SnSe₂(15nm)]2薄膜制备成相变存储器件并进行测试，所得到相变存储器件的I-V、R-V特性曲线。通过PCRAM器件单元I-V和R-V曲线，可以证明，Ga₃₀Sb₇₀／SnSe₂的多态性能，在实际操作中可行，其中第一相变电阻比接近100倍，第二相变的电阻变化也达到了10倍，可以满足相变存储的开关比要求。由于SnSe₂存在，器件单元电阻很高，因此需要的脉冲电压比较大(RESET过程，第一次相变脉冲电压4.0eV，第二次相变电压8.2eV)，但是，单元器件的脉冲电流很小，根据p＝i²R，能在一定程度上，降低相变存储器的功耗。

综上可知本发明的的[Ga₃₀Sb₇₀(a)SnSe₂(b)]x纳米复合多层相变薄膜具有存储密度高，功耗低，热稳定性好，相变速度快等优点。

实施例3

多态镓锑-硒化锡多层纳米复合相变材料，为Ga₃₀Sb₇₀／SnSe₂纳米复合多层相变薄膜，由SnSe₂薄膜和Ga₃₀Sb₇₀薄膜交替排列成多层薄膜结构，其中SnSe₂薄膜的厚度为5nm，Ga₃₀Sb₇₀薄膜的厚度为5nm；由5层周期性重复的结构组成，Ga₃₀Sb₇₀／SnSe₂纳米复合多层相变薄膜的总厚度为50nm，Ga₃₀Sb₇₀/SnSe₂纳米复合多层相变薄膜具有三个存储态。

多态镓锑-硒化锡多层纳米复合相变材料在制备时采用磁控溅射法，在SiO₂／Si(100)衬底上，以Ga₃₀Sb₇₀和SnSe₂为溅射靶材，以Ar气为溅射气体，交替沉积多层SnSe₂薄膜和Ga₃₀Sb₇₀薄膜，溅射时，Ga₃₀Sb₇₀和SnSe₂靶材的纯度均在原子百分比99.999％以上，衬底真空度不大于1x10^-4Pa，Ar气的纯度为体积百分比99.999％以上，Ga₃₀Sb₇₀和SnSe₂靶材溅射分别采用射频和直流电源，溅射功率为15W，Ar气的气体流量为25SCCM；溅射气压为0.15Pa，制备得到的Ga₃₀Sb₇₀／SnSe₂纳米复合多层相变薄膜应用在具有多态性能的高密度相变存储器中。

实施例4

多态镓锑-硒化锡多层纳米复合相变材料，为Ga₃₀Sb₇₀／SnSe₂纳米复合多层相变薄膜，由SnSe₂薄膜和Ga₃₀Sb₇₀薄膜交替排列成多层薄膜结构，其中SnSe₂薄膜的厚度为35nm，Ga₃₀Sb₇₀薄膜的厚度为35nm；Ga₃₀Sb₇₀／SnSe₂纳米复合多层相变薄膜的总厚度为70nm，Ga₃₀Sb₇₀／SnSe₂纳米复合多层相变薄膜具有三个存储态。

多态镓锑-硒化锡多层纳米复合相变材料在制备时采用磁控溅射法，在SiO₂／Si(100)衬底上，以Ga₃₀Sb₇₀和SnSe₂为溅射靶材，以Ar气为溅射气体，交替沉积多层SnSe₂薄膜和Ga₃₀Sb₇₀薄膜，溅射时，Ga₃₀Sb₇₀和SnSe₂靶材的纯度均在原子百分比99.999％以上，衬底真空度不大于1x10^-4pa，Ar气的纯度为体积百分比99.999％以上，Ga₃₀Sb₇₀和SnSe₂靶材溅射分别采用射频和直流电源，溅射功率为25W，Ar气的气体流量为35SCCM；溅射气压为0.25Pa，制备得到的Ga₃₀Sb₇₀/SnSe₂纳米复合多层相变薄膜应用在具有多态性能的高密度相变存储器中。

上述实施例仅示例性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明说揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，扔应有本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.多态镓锑-硒化锡多层纳米复合相变材料，其特征在于，该相变材料为Ga₃₀Sb₇₀／SnSe₂纳米复合多层相变薄膜，由SnSe₂薄膜和Ga₃₀Sb₇₀薄膜交替排列成多层薄膜结构，其中SnSe₂薄膜的厚度为5～35nm，Ga₃₀Sb₇₀薄膜的厚度为5～35nm；Ga₃₀Sb₇₀／SnSe₂纳米复合多层相变薄膜的总厚度为50-70nm。

2.根据权利要求1所述的多态镓锑-硒化锡多层纳米复合相变材料，其特征在于，所述的Ga₃₀Sb₇₀／SnSe₂纳米复合多层相变薄膜的化学组成为[Ga₃₀Sb₇₀(a)SnSe₂(b)]x，其中a、b分别表示Ga₃₀Sb₇₀薄膜和SnSe₂薄膜的厚度，5≤a≤35nm，5≤b≤35nm；x为Ga₃₀Sb₇₀／SnSe₂纳米复合多层相变薄膜的周期数，x＝1-5。

3.根据权利要求2所述的多态镓锑-硒化锡多层纳米复合相变材料，其特征在于，所述的Ga₃₀Sb₇₀薄膜的厚度不大于SnSe₂薄膜的厚度。

4.根据权利要求3所述的多态镓锑-硒化锡多层纳米复合相变材料，其特征在于，所述的Ga₃₀Sb₇₀／SnSe₂纳米复合多层相变薄膜中a∶b优选为15∶35、25∶25或10∶15。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的多态镓锑-硒化锡多层纳米复合相变材料，其特征在于，所述的Ga₃₀Sb₇₀／SnSe₂纳米复合多层相变薄膜具有三个存储态。

6.如权利要求1-5中任一项所述的多态镓锑-硒化锡多层纳米复合相变材料的制备方法，该方法采用磁控溅射法，在SiO₂／Si(100)衬底上，以Ga₃₀Sb₇₀和SnSe₂为溅射靶材，以Ar气为溅射气体，交替沉积多层SnSe₂薄膜和Ga₃₀Sb₇₀薄膜，获得Ga₃₀Sb₇₀／SnSe₂纳米复合多层相变薄膜材料。

7.根据权利要求6所述的多态镓锑-硒化锡多层纳米复合相变材料的制备方法，其特征在于，Ga₃₀Sb₇₀和SnSe₂靶材的纯度均在原子百分比99.999％以上，衬底真空度不大于1x10^-4Pa，Ar气的纯度为体积百分比99.999％以上。

8.根据权利要求6所述的多态镓锑-硒化锡多层纳米复合相变材料的制备方法，其特征在于，Ga₃₀Sb₇₀和SnSe₂靶材溅射分别采用射频和直流电源，溅射功率为15-25W。

9.根据权利要求6所述的多态镓锑-硒化锡多层纳米复合相变材料的制备方法，其特征在于，Ar气的气体流量为25-35SCCM；溅射气压为0.15-0.25Pa。

10.根据权利要求1-5中任一项所述的多态镓锑-硒化锡多层纳米复合相变材料的应用，制备得到的Ga₃₀Sb₇₀／SnSe₂纳米复合多层相变薄膜应用在具有多态性能的高密度相变存储器中。

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