CN103904215A - 相变存储器单元的制备方法、相变材料及相变存储器单元 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的相变存储器单元的制备方法,采用吸附有金纳米颗粒的衬底,以由锡粉末和碲化锗粉末组成的混合物作为蒸发源,将上述蒸发源与衬底置于水平管式炉内,在一定的条件下进行化学反应,得到沉积有锡掺杂碲化锗纳米线的衬底,将上述衬底上的锡掺杂碲化锗纳米线迁移至2英寸SiO2/Si表面各个小金属框的中心处,烘干;再分别采用紫外光刻、磁控溅射技术和剥离技术得到所述相变存储器单元,即锡掺杂碲化锗纳米线两端电极器件,上述相变存储器单元通过对相变材料掺杂锡粉末进行改性,从而提高了相变材料的电阻率,降低了相变材料的熔点,从而有效降低相变材料的操作功耗。另外,本发明还提供了一种相变材料及相变存储器单元。
Description
【技术领域】
本发明涉及半导体材料技术领域,尤其涉及一种相变存储器单元的制备方法。
【背景技术】
相变存储器(phase change memory;PCM)是一种基于相变理论的存储器:材料由非晶态转变为多晶态,再由多晶态变回非晶态的过程中,其非晶态和多晶态会呈现出不同的电阻特性,可从利用非晶态和多晶态来存储‘0’和‘1’的数据信息。此外,由于其最终的状态并不会随着外加能量的消失而改变,因此,具有非挥发性的特点。相变存储器具有读取速度、可靠度、非破坏性读取、非挥发性、尺寸微小化以及成本方面等优点,使其应用领域极为广泛。正因为有这些显著的优点,使得相变存储器极有可能替代目前的Flash,DRAM,成为未来不挥发存储器主流。
研究表明,很多材料具有相变特性,比如:二元的GeTe系列[Yu D.,WuJ.,Gu Q.and Park H.,J.Am.Chem.Soc.2006,128(25),8148-8149.],Sb2Te3系列[Lee J.,Brittman S.,Yu D.,Park H.,J.Am.Chem.Soc.2008,130(19),6252-6258.]及三元的Ge2Sb2Te5系列[Sun X.,Yu B.and Meyyappan M.,Appl.Phys.Lett.2007,90(18),183116-3.]。然而,写操作电流大(接近毫安量级)已成为阻碍其商用化的关键问题之一,大电流需要大尺寸的晶体管驱动,造成外围电路规模过大,存储芯片面积据高不下。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种相变存储器单元的制备方法,该相变存储器单元具有较低的写操作电流。
为实现上述目的,本发明采用下述技术方案:
一种相变存储器单元的制备方法,包括下述步骤:
S110:提供一衬底,并在所述衬底表面吸附金纳米颗粒;
S120:将由锡粉末和碲化锗粉末组成的混合物作为蒸发源;
S130:将所述衬底和所述蒸发源于惰性环境中加热,且使所述衬底置于所述蒸发源的下风向处;
S140:将所述衬底升温至360~420℃后保温60~90min,所述蒸发源升温至510~540℃后保温60~90min,并在升温过程中持速通入所述惰性气体;
S150:通入所述惰性气体使所述衬底和所述蒸发源冷却至室温,得到沉积有锡掺杂碲化锗纳米线的衬底;
S160:将步骤S150中得到的衬底置于乙醇中进行超声、静置,锡掺杂碲化锗纳米线分散在乙醇中形成悬浮液;
S170:将所述悬浮液的上层溶液,滴在由SiO2/Si形成的各个小金属框的中心处,烘干;
S180:将步骤S170中得到的SiO2/Si分别采用紫外光刻、磁控溅射技术和剥离技术得到所述相变存储器单元。
在一些实施例中,步骤S110中,提供一衬底,并在所述衬底表面吸附金纳米颗粒,包括下述步骤:
S111:依次用丙酮、异丙醇、去离子水对衬底超声清洗后用氮气吹干;
S112:将清洗后的衬底浸泡在带有正电荷的多聚-L-赖氨酸水溶液中,并置于去离子水中漂洗;
S113:再将上述衬底浸泡于金胶体溶液中,所述衬底表面带有正电荷的多聚-L-赖氨酸吸引带有负电荷的金纳米颗粒;
S114:用去离子水漂洗,氮气吹干,得到吸附有金纳米颗粒的衬底。
在一些实施例中,步骤S120中,所述锡粉末和碲化锗粉末的摩尔比为2:1~5:1。
在一些实施例中,步骤S130中,所述惰性环境的压力为20~30Torr。
在一些实施例中,步骤S130中,所述衬底置于所述蒸发源的下风向处,且置于距所述蒸发源25~28cm的位置或40~42cm的位置。
在一些实施例中,步骤S140中,通入所述惰性气体的流速为200~220sccm。
在一些实施例中,所述惰性气体为氩气。
在一些实施例中,步骤S170中,所述SiO2/Si形成的各个小金属框是预先利用紫外光刻、磁控溅射技术和剥离工艺形成的,所述SiO2/Si的尺寸为2英寸。
在一些实施例中,所述金胶体溶液的尺寸为20nm。
另外,本发明还提供了一种用于相变存储的相变材料,包括锡和碲化锗。
另外,本发明还提供了一种相变存储器单元,所述的相变材料。
采用上述技术方案,本发明的有益效果在于:
本发明提供的相变存储器单元的制备方法,采用吸附有金纳米颗粒的衬底,以由锡粉末和碲化锗粉末组成的混合物作为蒸发源,将上述蒸发源在一定的条件下与上述衬底进行化学反应,得到沉积有锡掺杂碲化锗纳米线的衬底,再将上述衬底采用紫外光刻和磁控溅射技术得到所述相变存储器单元,上述相变存储器单元通过对相变材料掺杂锡粉末进行改性,从而提高了相变材料的电阻率,降低了相变材料的熔点,从而有效降低相变材料的操作功耗。
【附图说明】
图1为本发明提供的相变存储器单元的制备方法的步骤流程图;
图2为本发明提供的在衬底表面吸附金纳米颗粒的步骤流程图;
图3为本发明提供的相变存储器单元的的扫描电镜图。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及具体实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
在申请文件中,诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来,而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且,术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含,从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素,而且还包括没有明确列出的其他要素,或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下,由语句“包括一个……”限定的要素,并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
请参阅图1,图1为本发明实施例提供的相变存储器单元的制备方法的步骤流程100,包括下述步骤:
S110:提供一衬底,并在所述衬底表面吸附金纳米颗粒;
优选地,上述衬底为硅衬底或蓝宝石衬底。
请参阅图2,在衬底表面吸附金纳米颗粒,包括下述步骤:
S111:依次用丙酮、异丙醇、去离子水对衬底超声清洗后用氮气吹干;
S112:将清洗后的衬底浸泡在带有正电荷的多聚-L-赖氨酸水溶液中,并置于去离子水中漂洗;
S113:再将上述衬底浸泡于的金胶体溶液中,所述衬底表面带有正电荷的多聚-L-赖氨酸吸引带有负电荷的金纳米颗粒;
优选地,所述金胶体溶液的尺寸为20nm。
S114:用去离子水漂洗,氮气吹干,得到吸附有金纳米颗粒的衬底。
可以理解,通过上述步骤S111~S114可以完成在所述衬底表面吸附金纳米颗粒。
S120:将由锡粉末和碲化锗粉末组成的混合物作为蒸发源;
优选地,所述锡粉末和碲化锗粉末的摩尔比为2:1~5:1。
S130:将所述衬底和所述蒸发源于惰性环境中加热,且使所述衬底置于所述蒸发源的下风向处;
优选地,惰性环境的压力为20~30Torr。
具体地,将上述蒸发源置于水平管式炉的一温区中心,并将附有金纳米颗粒的衬底置于蒸发源的下风向处的二温区;将水平管式炉内抽真空至气压低于1mTorr后,充入惰性气体进行充洗,反复两次以上,充洗后继续通入惰性气体,并配合通风设备,使水平管式炉的压力维持在20~30Torr;
优选地,衬底置于蒸发源的下风向处,且置于距所述蒸发源25~28cm的位置或40~42cm的位置。
优选地,所述惰性气体为氩气。
S140:将所述衬底升温至360~420℃后保温60~90min,所述蒸发源升温至510~540℃后保温60~90min,并在升温过程中持速通入所述惰性气体;
具体地,对水平管式炉进行加热,使蒸发源所处一温区升温至510~540℃,衬底所处二温区升温至360~420℃,且保温60~90min,并在上述反应过程中按200~220sccm的流速持续通入惰性气体。
S150:通入所述惰性气体使所述衬底和所述蒸发源冷却至室温,得到沉积有锡掺杂碲化锗纳米线的衬底;
S160:将步骤S150中得到的衬底置于乙醇中进行超声、静置,锡掺杂碲化锗纳米线分散在乙醇中形成悬浮液;
S170:将所述悬浮液的上层溶液,滴在由SiO2/Si形成的各个小金属框的中心处,烘干;
具体地,将步骤S160中得到的上层悬浮液通过移液枪转移,由SiO2/Si形成的各个小金属框的中心处,烘干;
其中,所述SiO2/Si形成的各个小金属框是预先利用紫外光刻、磁控溅射技术和剥离工艺形成的,所述SiO2/Si的尺寸为2英寸。
S180:将步骤S170中得到的SiO2/Si分别采用紫外光刻、磁控溅射技术和剥离技术得到所述相变存储器单元。
另外,一种本发明还提供了采用上述方法制备的用于相变存储的相变材料,其包括锡和碲化锗。
另外,还提供了一种相变存储器单元,包括上述的相变材料。
本发明提供的相变存储器单元的制备方法,采用吸附有金纳米颗粒的衬底,以由锡粉末和碲化锗粉末组成的混合物作为蒸发源,将上述蒸发源在一定的条件下与上述衬底进行化学反应,得到沉积有锡掺杂碲化锗纳米线的衬底,再将上述衬底采用紫外光刻和磁控溅射技术得到所述相变存储器单元,上述相变存储器单元通过对相变材料掺杂锡粉末进行改性,从而提高了相变材料的电阻率,降低了相变材料的熔点,从而有效降低相变材料的操作功耗。
以下通过实施例进一步阐述本发明,这些实施例仅用于举例说明的目的,并没有限制本发明的范围。除注明的具体条件外,实施例中的试验方法均按照常规条件进行。
实施例1
(1)依次用丙酮、异丙醇、去离子水对硅衬底超声清洗8min,氮气吹干;将清洗干净的硅衬底浸泡在带有正电荷的0.1wt%多聚-L-赖氨酸水溶液中1min,随后取出置于去离子水中漂洗;接着将硅衬底浸泡在20nm的金胶体溶液中1min,硅衬底表面带有正电荷的多聚-L-赖氨酸吸引带有负电荷的金纳米颗粒;最后用去离子水漂洗,氮气吹干,得到吸附有金纳米颗粒的硅衬底;
(2)将纯度99.999%的GeTe粉末和99.99%的Sn粉末的0.05g混合物(摩尔比为3:1)组成的蒸发源放于石英舟内,并置于水平管式炉的一温区中央;
(3)将附有金纳米颗粒的硅衬底置于水平管式炉的二温区且距蒸发源为27cm处,并将水平管式炉压力抽至1mTorr以下,充入高纯氩气进行充洗,反复两次,充洗后,通入气流量为200sccm的氩气,利用机械泵运转使炉管内压力维持为20Torr;
(4)对水平管式炉进行加热,使蒸发源所处一温区升温至540℃,衬底所处二温区升温至370℃,并保温90min,并在升温过程中持速通入氩气;
(5)反应结束后,继续通氩气,待管式炉自然降至室温,取出沉积有锡掺杂碲化锗纳米线的硅衬底样品;
(6)将此样品置于乙醇中超声5min,静置一段时间后,每次取2μL的上层悬浮液分别滴在2英寸SiO2/Si表面各个小金属框的中心处,再分别利用掩膜板紫外套刻、磁控溅射技术金属化和剥离工艺图案转移等工艺制作相变存储器单元,即锡掺杂碲化锗纳米线两端电极器件(如图3)。
实施例2
(1)依次用丙酮、异丙醇、去离子水对硅衬底超声清洗8min,氮气吹干;将清洗干净的硅衬底浸泡在带有正电荷的0.1wt%多聚-L-赖氨酸水溶液中1min,随后取出置于去离子水中漂洗;接着将硅衬底浸泡在20nm的金胶体溶液中1min,硅衬底表面带有正电荷的多聚-L-赖氨酸吸引带有负电荷的金纳米颗粒;最后用去离子水漂洗,氮气吹干,得到吸附有金纳米颗粒的硅衬底;
(2)将纯度99.999%的GeTe粉末和99.99%的Sn粉末的0.07g混合物(摩尔比为3:1)组成的蒸发源放于石英舟内,并置于水平管式炉的一温区中央;
(3)将附有金纳米颗粒的硅衬底置于水平管式炉的二温区且距蒸发源为42cm处,并将水平管式炉压力抽至1mTorr以下,充入高纯氩气进行充洗,反复两次,充洗后,通入气流量为220sccm的氩气,利用机械泵运转使炉管内压力维持为30Torr;
(4)对水平管式炉进行加热,使蒸发源所处一温区升温至510℃,衬底所处二温区升温至400℃,并保温60min,并在升温过程中持速通入氩气;
(5)反应结束后,继续通氩气,待管式炉自然降至室温,取出沉积有锡掺杂碲化锗纳米线的硅衬底样品;
(6)将此样品置于乙醇中超声5min,静置一段时间后,每次取2μL的上层悬浮液分别滴在2英寸SiO2/Si表面各个小金属框的中心处,再分别利用掩膜板紫外套刻、磁控溅射技术金属化和剥离工艺图案转移等工艺制作锡掺杂碲化锗两端电极器件。
实施例3
(1)依次用丙酮、异丙醇、去离子水对硅衬底超声清洗8min,氮气吹干;将清洗干净的硅衬底浸泡在带有正电荷的0.1wt%多聚-L-赖氨酸水溶液中1min,随后取出置于去离子水中漂洗;接着将硅衬底浸泡在20nm的金胶体溶液中1min,硅衬底表面带有正电荷的多聚-L-赖氨酸吸引带有负电荷的金纳米颗粒;最后用去离子水漂洗,氮气吹干,得到吸附有金纳米颗粒的硅衬底;
(2)将纯度99.999%的GeTe粉末和99.99%的Sn粉末的0.09g混合物(摩尔比为3:1)组成的蒸发源放于石英舟内,并置于水平管式炉的一温区中央;
(3)将附有金纳米颗粒的硅衬底置于水平管式炉的二温区且距蒸发源为25cm处,并将水平管式炉压力抽至1mTorr以下,充入高纯氩气进行充洗,反复两次,充洗后,通入气流量为210sccm的氩气,利用机械泵运转使炉管内压力维持为25Torr;
(4)对水平管式炉进行加热,使蒸发源所处一温区升温至520℃,衬底所处二温区升温至390℃,并保温75min,并在升温过程中持速通入氩气;
(5)反应结束后,继续通氩气,待管式炉自然降至室温,取出沉积有锡掺杂碲化锗纳米线的硅衬底样品;
(6)将此样品置于乙醇中超声5min,静置一段时间后,每次取2μL的上层悬浮液分别滴在2英寸SiO2/Si表面各个小金属框的中心处,再分别利用掩膜板紫外套刻、磁控溅射技术金属化和剥离工艺图案转移等工艺制作锡掺杂碲化锗两端电极器件。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式上的限制,虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员,在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种相变存储器单元的制备方法,其特征在于,包括下述步骤:
S110:提供一衬底,并在所述衬底表面吸附金纳米颗粒;
S120:将由锡粉末和碲化锗粉末组成的混合物作为蒸发源;
S130:将所述衬底和所述蒸发源于惰性环境中加热,且使所述衬底置于所述蒸发源的下风向处;
S140:将所述衬底升温至360~420℃后保温60~90min,所述蒸发源升温至510~540℃后保温60~90min,并在升温过程中持速通入所述惰性气体;
S150:通入所述惰性气体使所述衬底和所述蒸发源冷却至室温,得到沉积有锡掺杂碲化锗纳米线的衬底;
S160:将步骤S150中得到的衬底置于乙醇中进行超声、静置,形成悬浮液;
S170:将所述悬浮液的上层溶液,滴在由SiO2/Si形成的各个小金属框的中心处,烘干;
S180:将步骤S170中得到的SiO2/Si分别采用紫外光刻、磁控溅射技术和剥离技术得到所述相变存储器单元。
2.根据权利要求1所述的相变存储器单元的制备方法,其特征在于,步骤S110中,提供一衬底,并在所述衬底表面吸附金纳米颗粒,包括下述步骤:
S111:依次用丙酮、异丙醇、去离子水对衬底超声清洗后用氮气吹干;
S112:将清洗后的衬底浸泡在带有正电荷的多聚-L-赖氨酸水溶液中,并置于去离子水中漂洗;
S113:再将上述衬底浸泡于金胶体溶液中,所述衬底表面带有正电荷的多聚-L-赖氨酸吸引带有负电荷的金纳米颗粒;
S114:用去离子水漂洗,氮气吹干,得到吸附有金纳米颗粒的衬底。
3.根据权利要求1所述的相变存储器单元的制备方法,其特征在于,步骤S120中,所述锡粉末和碲化锗粉末的摩尔比为2:1~5:1。
4.根据权利要求1所述的相变存储器单元的制备方法,其特征在于,步骤S130中,所述惰性环境的压力为20~30Torr。
5.根据权利要求1所述的相变存储器单元的制备方法,其特征在于,步骤S130中,所述衬底置于所述蒸发源的下风向处,且置于距所述蒸发源25~28cm的位置或40~42cm的位置。
6.根据权利要求1所述的相变存储器单元的制备方法,其特征在于,步骤S140中,通入所述惰性气体的流速为200~220sccm。
7.根据权利要求1所述的相变存储器单元的制备方法,其特征在于,所述惰性气体为氩气,所述金胶体溶液的尺寸为20nm。
8.根据权利要求1所述的相变存储器单元的制备方法,其特征在于,步骤S170中,所述SiO2/Si形成的各个小金属框是预先利用紫外光刻、磁控溅射技术和剥离工艺形成的,所述SiO2/Si的尺寸为2英寸。
9.一种用于相变存储的相变材料,其特征在于:包括锡和碲化锗。
10.一种相变存储器单元,其特征在于:包括权利要求9所述的相变材料。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20140702 |
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |