CN105514271B - 用于相变存储器的铒掺杂Sn15Sb85基相变薄膜材料及薄膜制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于相变存储器的铒掺杂Sn15Sb85基相变薄膜材料，它的化学分子式为(Sn15Sb85)xEry；其中0<x≤0.92，0<y≤0.58，x+y＝1.00。本发明热稳定性好，数据保持力好，低功耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于相变存储器的铒掺杂Sn15Sb85基相变薄膜材料及薄膜制备方法，属于微电子技术领域。
背景技术
目前，为了实现移动设备和互联网技术的持续发展，人类需要更高速、更高的存储密度和更低成本非易失性存储器。在非易失性存储器家族中，相变存储器(PCRAM)具有非常优异的性能：存储速度快、能量消耗地、稳定性好以及和现有的半导体器件工艺兼容性好等(Yifeng Hu等，Scripta Materialia,2014，92：4-7)。相变存储技术是Ovshinsky 等人于20世纪60年代末(Phys.Rev.Lett.，21，1450～1453，1968)和70年代初(Appl. Phys.Lett.，18，254～257，1971)提出的。PCRAM存储数据是利用相变材料中的晶态与非晶态的可逆相变态来存储信息的：在非晶态时具有较高电阻可设置为逻辑“0”态，在晶态时具有较低电阻可设置为逻辑“1”态。
作为相变存储器和相变显示器的核心，相变薄膜的相变特性决定了最终器件的各项性能。为了提高相变薄膜的性能，首先必须知道那些因素是最重要和最关键的。相变速度、功耗和温度稳定性是相变存储器件最重要的三个因素。但是，相变速度和其热稳定性是相互矛盾的，例如较快的结晶速度通常意味着较低的结晶温度，而较低的结晶温度通常会导致数据保持力不理想。为了提高综合性能，最重要就是选择合适的相变温度和温度稳定性的材料(T.C.Chong等，Applied Physics Letters,88,122114,2006)。为了满足此种需要，目前主要采用两种手段对相变材料进行改性：其一是制备超晶格(多层)相变材料，其二是利用金属或半导体材料进行改性，如Cr掺杂的Sb3T1相变薄膜(Yangyang Xia等，Journalof Non-Crystalline Solids，2015,422:46-50)。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种用于相变存储器的铒掺杂Sn15Sb85基相变薄膜材料，它热稳定性好，数据保持力好，低功耗。
本发明解决上述技术问题采取的技术方案是：一种用于相变存储器的铒掺杂Sn15Sb85基相变薄膜材料，它的化学分子式为(Sn15Sb85)xEry；其中0<x≤0.92，0<y≤ 0.58，x+y＝1.00。
本发明还提供了一种薄膜制备方法，该薄膜使用该用于相变存储器的铒掺杂Sn15Sb85基相变薄膜材料制成，并且该方法的步骤如下：
(a)制备Sn15Sb85靶；
(b)制备Er靶材，并将Er靶材切割后贴置于Sn15Sb85靶表面；
(c)对贴置Er的Sn15Sb85靶进行磁控溅射，制备得到需要的薄膜；其中，所述薄膜的中Er的掺杂量通过Sn15Sb85靶表面贴置的Er靶材的数量来调控。
在所述的步骤(b)中，Er靶材切割成规则的扇形结构，并且扇形所对的圆心角的度数为30°。
进一步，在所述的步骤(c)中，磁控溅射时的衬底为SiO2/Si(100)基片；和/或磁控溅射时的电源采用射频电源，且溅射功率为25-35W；和/或磁控溅射采用的溅射气体为 Ar气。
进一步，所述溅射功率为30W。
进一步，所述Ar气的纯度为体积百分比99.999％以上，气体流量为15～45SCCM，溅射气压为0.10～0.35Pa。
进一步，所述气体流量为30SCCM，溅射气压为0.3Pa。
进一步，制备得到的薄膜的总厚度为50nm。
进一步，所述的Er靶材和Sb靶材的纯度在原子百分比99.999％以上，本底真空度不大于1×10-4Pa。
进一步，所述薄膜的厚度通过磁控溅射的溅射时间来调控。
采用了上述技术方案后，本发明提供的铒掺杂Sn15Sb85基相变薄膜材料的厚度可以通过溅射时间控制，薄膜的晶态电阻、相变温度、热稳定性和功耗可以通过Er掺杂的量进行调控，因此这类薄膜可以应用于相变存储器和相变显示器等。
附图说明
图1为本发明的不同的Er掺杂量的Sn15Sb85相变薄膜材料的原位电阻与温度的关系曲线；
图2为不同的Er掺杂量的Sn15Sb85相变薄膜材料的激活能和10年数据保持力计算图。
具体实施方式
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
本例制备Er掺杂(x＝0.08，一块扇形材料)的Sn15Sb85相变薄膜材料，厚度50nm。
制备步骤为：
1.清洗SiO2/Si(100)基片，清洗表面、背面，去除灰尘颗粒、有机和无机杂质；
a)在丙酮溶液中强超声清洗3-5分钟，再去离子水冲洗；
b)在乙醇溶液中强超声清洗3-5分钟，再去离子水冲洗，高纯N2吹干表面和背面；
c)在120℃烘箱内烘干水汽，约20分钟。
2.采用射频溅射方法制备薄膜前准备：
a)装好Sn15Sb85溅射靶材，在将厚度为2mm,直径为40mm,圆心角的度数为30度的扇形Er片一片放置于Sn15Sb85靶表面，并使其圆心重合。靶材的纯度均达到99.999％ (原子百分比)，并将本底真空抽至1×10-4Pa；
b)设定溅射功率30W；
c)使用高纯Ar气作为溅射气体(体积百分比达到99.999％)，设定Ar气流量为30SCCM，并将溅射气压调节至0.3Pa。
3.采用磁控溅射方法制备纳米相变薄膜材料：
a)将空基托旋转到靶位，打开靶上所施加的射频电源，依照设定的溅射时间(200s)，开始对靶材进行溅射，清洁靶材表面；
b)靶材表面清洁完成后，关闭靶上所施加的射频电源，将代溅射基片旋转到靶位，开启靶位射频电源，依照设定的溅射时间(130s)，开始溅射单层薄膜。
实施例二
本例制备稀土Er掺杂(x＝0.16，二块扇形材料)的Sn15Sb85相变薄膜材料，厚度50nm。
制备步骤为：
1.清洗SiO2/Si(100)基片，清洗表面、背面，去除灰尘颗粒、有机和无机杂质；
a)在丙酮溶液中强超声清洗3-5分钟，再去离子水冲洗；
b)在乙醇溶液中强超声清洗3-5分钟，再去离子水冲洗，高纯N2吹干表面和背面；
c)在120℃烘箱内烘干水汽，约20分钟。
2.采用射频溅射方法制备薄膜前准备：
a)装好Sn15Sb85溅射靶材，在将厚度为2mm,直径为40mm,圆心角的度数为30度的两片扇形Er片放置于Sb靶表面，并使其圆心重合。靶材的纯度均达到99.999％(原子百分比)，并将本底真空抽至1×10-4Pa；
b)设定溅射功率30W；
c)使用高纯Ar气作为溅射气体(体积百分比达到99.999％)，设定Ar气流量为30SCCM，并将溅射气压调节至0.3Pa。
3.采用磁控溅射方法制备纳米相变薄膜材料：
a)将空基托旋转到靶位，打开靶上所施加的射频电源，依照设定的溅射时间(200s)，开始对靶材进行溅射，清洁靶材表面；
b)靶材表面清洁完成后，关闭靶上所施加的射频电源，将代溅射基片旋转到靶位，开启靶位射频电源，依照设定的溅射时间(130s)，开始溅射单层薄膜。
实施例三
本例制备稀土Er掺杂(x＝0.24，三块扇形材料)的Sn15Sb85相变薄膜材料，厚度50nm。
制备步骤为：
1.清洗SiO2/Si(100)基片，清洗表面、背面，去除灰尘颗粒、有机和无机杂质；
a)在丙酮溶液中强超声清洗3-5分钟，再去离子水冲洗；
b)在乙醇溶液中强超声清洗3-5分钟，再去离子水冲洗，高纯N2吹干表面和背面；
c)在120℃烘箱内烘干水汽，约20分钟。
2.采用射频溅射方法制备薄膜前准备：
a)装好Sn15Sb85溅射靶材，在将厚度为2mm,直径为40mm,弧度为30度的三片扇形Er片放置于Sn15Sb85靶表面，并使其圆心重合。靶材的纯度均达到99.999％(原子百分比)，并将本底真空抽至1×10-4Pa；
b)设定溅射功率30W；
c)使用高纯Ar气作为溅射气体(体积百分比达到99.999％)，设定Ar气流量为30SCCM，并将溅射气压调节至0.3Pa。
3.采用磁控溅射方法制备纳米相变薄膜材料：
a)将空基托旋转到靶位，打开靶上所施加的射频电源，依照设定的溅射时间(200s)，开始对靶材进行溅射，清洁靶材表面；
b)靶材表面清洁完成后，关闭靶上所施加的直流电源，将代溅射基片旋转到靶位，开启靶位射频电源，依照设定的溅射时间(120s)，开始溅射单层薄膜。
实施例四
本例制备稀土Er掺杂(x＝0.32，四块扇形材料)的Sn15Sb85相变薄膜材料，厚度50nm。
制备步骤为：
1.清洗SiO2/Si(100)基片，清洗表面、背面，去除灰尘颗粒、有机和无机杂质；
a)在丙酮溶液中强超声清洗3-5分钟，再去离子水冲洗；
b)在乙醇溶液中强超声清洗3-5分钟，再去离子水冲洗，高纯N2吹干表面和背面；
c)在120℃烘箱内烘干水汽，约20分钟。
2.采用射频溅射方法制备薄膜前准备：
a)装好Sn15Sb85溅射靶材，在将厚度为2mm,直径为40mm,弧度为30度的四片扇形Er片放置于Sb靶表面，并使其圆心重合。靶材的纯度均达到99.999％(原子百分比)，并将本底真空抽至1×10-4Pa；
b)设定溅射功率30W；
c)使用高纯Ar气作为溅射气体(体积百分比达到99.999％)，设定Ar气流量为30SCCM，并将溅射气压调节至0.3Pa。
3.采用磁控溅射方法制备纳米相变薄膜材料：
a)将空基托旋转到靶位，打开靶上所施加的射频电源，依照设定的溅射时间(200s)，开始对靶材进行溅射，清洁靶材表面；
b)靶材表面清洁完成后，关闭靶上所施加的射频电源，将代溅射基片旋转到靶位，开启靶位射频电源，依照设定的溅射时间(130s)，开始溅射单层薄膜。
以上所述的具体实施例，对本发明解决的技术问题、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种薄膜制备方法，其特征在于：该薄膜使用用于相变存储器的铒掺杂Sn15Sb85基相变薄膜材料制成，用于相变存储器的铒掺杂Sn15Sb85基相变薄膜材料的化学分子式为(Sn15Sb85)xEry；其中0<x≤0.92,0<y≤0.58,x+y＝1.00,并且该方法的步骤如下：
(a)制备Sn15Sb85靶；
(b)制备Er靶材，并将Er靶材切割后贴置于Sn15Sb85靶表面；在所述的步骤(b)中，Er靶材切割成规则的扇形结构，并且扇形所对的圆心角的度数为30°；
(c)对贴置Er的Sn15Sb85靶进行磁控溅射，制备得到需要的薄膜；其中，所述薄膜的中Er的掺杂量通过Sn15Sb85靶表面贴置的Er靶材的数量来调控；在所述的步骤(c)中，磁控溅射时的衬底为SiO2/Si(100)基片；和/或磁控溅射时的电源采用射频电源，且溅射功率为25-35W；和/或磁控溅射采用的溅射气体为Ar气。
2.根据权利要求1所述的薄膜制备方法，其特征在于：所述溅射功率为30W。
3.根据权利要求1所述的薄膜制备方法，其特征在于：所述Ar气的纯度为体积百分比99.999％以上，气体流量为15～45SCCM，溅射气压为0.10～0.35Pa。
4.根据权利要求3所述的薄膜制备方法，其特征在于：所述气体流量为30SCCM，溅射气压为0.3Pa。
5.根据权利要求1所述的薄膜制备方法，其特征在于：制备得到的薄膜的总厚度为50nm。
6.根据权利要求1所述的薄膜制备方法，其特征在于：所述的Er靶材和Sb靶材的纯度在原子百分比99.999％以上，本底真空度不大于1×10-4Pa。
7.根据权利要求1所述的薄膜制备方法，其特征在于：所述薄膜的厚度通过磁控溅射的溅射时间来调控。
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| CN104393171A (zh) * | 2014-11-17 | 2015-03-04 | 江苏理工学院 | 一种用于快速高稳定性相变存储器的掺氮纳米薄膜材料及其制备方法 |
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| CN105514271A (zh) | 2016-04-20 |
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| GR01 | Patent grant | ||
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