CN106601908A - 一种锑锗多层纳米复合相变材料及其制备和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种锑锗多层纳米复合相变材料及其制备和应用,该复合相变材料为Sb薄膜和Ge薄膜交替排列成多层薄膜结构,Sb薄膜的厚度为1‑3nm,Ge薄膜的厚度为0.5‑3.5nm,采用磁控溅射法,在SiO2/Si(100)衬底上,以Sb和Ge为溅射靶材,以Ar为溅射气体,交替沉积多层Sb薄膜和Ge薄膜,获得Sb/Ge纳米复合多层相变薄膜材料。与现有技术相比,本发明制备得到的Sb/Ge纳米复合多层相变薄膜具有很高的热稳定性,能提高数据保存时间;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
技术领域
本发明涉及微电子技术领域,尤其是涉及一种锑锗多层纳米复合相变材料及其制备和应用。
背景技术
进入二十一世纪以来,信息呈现海量化、数字化和网络化的爆炸式增长,信息化水平已经成为衡量一个国家和地区现代化发展水平的重要标志。信息化是推动城市化、工业化的核心驱动力,而集成电路芯片是信息化的基石。近年来,半导体存储器的市场份额逐年增加,已经占据整个集成电路的四分之一左右。相变存储器(Phase Change Random AccessMemory,缩写为PCRAM)。在各种新型存储器中,已经被公认为是下一代最有希望的存储器之一。PCRAM具有如下方面的优势:
(1)读取速度快,与FLASH一样,具有快速随机存取时间的特性。
(2)可擦写次数高,信息循环擦写次数可到1012,远高于FLAHS的106,且具有无限的读取能力;
(3)器件尺寸缩小能力强,随着器件尺寸的缩小,功耗也随之降低,且可以实现高密度存储;
(4)编程功耗低,低的操作电压与不断下降的CMOS供电电压相匹配;
(5)制造工艺简单,成本较低,能够与现有的CMOS工艺相兼容。
(6)多态存储能力强,高低电阻之比能够相差103以上,具备了多态存储的潜力;
(7)耐环境工作特性优良,具备抗震动、抗辐射、耐高温的性能。
Ge-Sb-Te体系合金相变材料因其具有较快的结晶速度、较大的晶态和非晶态电阻比值(开关比)和良好的电学性能,成为大家公认的、研究最多的、也是技术最为成熟的相变材料(J.Orava,A.Greer et al,Nature materials 11(2012)279-283)。虽然GST的综合性能非常优越,但也存在一些不足之处,如较低的结晶温度引起的较差的稳定性,较低的晶态电阻造成的过高能量损耗等等,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(R.Simpson,M.Krbal et al,Nano letters 10(2009)414-419)。富Sb的相变材料,生长占主导的结晶机制使得其具有较快的结晶速度。但是其较低的结晶温度,对PCRAM中数据的稳定性很不利,同时这种材料的晶态电阻率较低,需要较大的RESET电流(G.Wang,X.Shen et al,AppliedPhysics Letters 103(2013)031914)。
中国专利CN106098934A公开了一种掺氧GeSb纳米相变薄膜及其制备方法和应用,该相变薄膜的化学组成符合化学通式GSOx,其中GS为Ge8Sb92,x代表氧气流量值,其单位为sccm,其中x=1、2或3,通过清洗SiO2/Si(100)基片、射频溅射前准备、采用磁控溅射方法制备纳米相变薄膜材料三个步骤制备得到掺氧GeSb纳米相变薄膜,可以在相变存储器中的应用。本申请在于通过两层超薄Sb薄膜和Ge薄膜的多层复合,形成一种超晶格结构,相比于以上专利热稳定得到很大提升。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种提高热稳定性的锑锗多层纳米复合相变材料及其制备和应用。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:
一种锑锗多层纳米复合相变材料,为Sb薄膜和Ge薄膜交替排列成多层薄膜结构,所述的Sb薄膜的厚度为1-3nm,所述的Ge薄膜的厚度为0.5-3.5nm。
所述的多层薄膜的周期数为15-20,优选为16。
所述的Sb薄膜的厚度优选为2nm,所述的Ge薄膜的厚度优选为1-3nm。
单层Sb薄膜和单层Ge薄膜的厚度之和不大于5nm。
所述的多层薄膜结构的总厚度为45-60nm,优选为48nm。
锑锗多层纳米复合相变材料的制备方法,采用磁控溅射法,在SiO2/Si(100)衬底上,以Sb和Ge为溅射靶材,以Ar为溅射气体,交替沉积多层Sb薄膜和Ge薄膜,获得Sb/Ge纳米复合多层相变薄膜材料,具体采用以下步骤:
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Sb/Ge纳米复合多层相变薄膜;
(a)将基片旋转到Sb靶位,打开Sb的直流电源,开始溅射Sb薄膜,Sb薄膜溅射完成后,关闭Sb的直流电源。
(b)将基片旋转到Ge靶位,打开Ge的射频电源,开始溅射Ge薄膜,Ge薄膜溅射完成后,关闭Ge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。
Sb和Ge靶材的纯度均在原子百分比99.999%以上,Ar气的纯度为体积百分比99.999%以上,溅射时的真空度不大于1x10-4Pa。
所述的Sb和Ge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。
所述的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。
锑锗多层纳米复合相变材料在具有多态性能的高密度相变存储器中的应用。
与现有技术相比,本发明具有较高的热稳定性,结晶温度为223℃,在非晶态的原子扩散速度很慢,有利于提高热稳定;在结晶状态,温度升高晶粒的变小,而且更加均匀。结构稳定性高,有利于器件的稳定性提高。相比单纯的Sb薄膜材料,具有更快的晶化速度,晶化速度在60ns以内。
本发明能够使相变薄膜在加热的条件下只产生微小的结构改变,并且相变材料的晶态、非晶态电阻大大提高,相比单纯的Sb薄膜材料,具有更快的晶化速度,相比单纯的Ge薄膜,具有更低的熔点。
本发明利用两种晶化温度相差较大的材料,通过控制其厚度形成了一种超晶格复合结构,由于这两种材料之间存在很大热间隙,在Sb薄膜发生晶体转变的过程中,不会影响Ge薄膜的稳定性;由于两层薄膜的厚度足够小,可以使薄膜在晶化过程中的局部无序化过程更加平缓,从而结晶度的变化更加缓慢,导致复合薄膜在晶态具有更高的热稳定性。
附图说明
图1为本发明的Sb/Ge纳米复合多层相变薄膜的电阻与温度的关系曲线;
图2为本发明中[Sb(2nm)Ge(1nm)]16纳米复合多层相变薄膜在相同温度小角度X射线衍射图谱
图3为本发明中[Sb(2nm)Ge(1nm)]16纳米复合多层相变薄膜在不同加热时间的小角度X射线衍射图谱,
图4为本发明中[Sb(2nm)Ge(1nm)]16纳米复合多层相变薄膜利用衍射强度计算出在非晶态下的原子扩散系数;
图5为本发明中[Sb(2nm)Ge(1nm)]16纳米复合多层薄膜在结晶状态下不同温度下的透射电子显微镜及其相应的选取电子衍射照片;
图6为本发明中[Sb(2nm)Ge(1nm)]16薄膜在不同温度下的X射线反射照片;
图7为本发明中[Sb(2nm)Ge(1nm)]16薄膜利用X射线反射数据计算出得薄膜收缩的图片。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例中制备的Sb/Ge纳米复合多层相变薄膜总厚度为48-52nm,结构通式为[Sb(a)Ge(b)]x,具体结构有[Sb(2nm)Ge(1nm)]16、[Sb(2nm)Ge(2nm)]13,[Sb(2nm)Ge(3nm)]10。
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[Sb(a)Ge(b)]x薄膜前准备
(a)放上Sb和Ge单质靶材,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Sb靶材的溅射速度为0.4nm/s,Ge靶材的溅射速度为0.35nm/s
(a)将基片旋转到Sb靶位,打开Sb的直流电源,开始溅射Sb薄膜,Sb薄膜溅射完成后,关闭Sb的直流电源。
(b)将基片旋转到Ge靶位,打开Ge的射频电源,开始溅射Ge薄膜,Ge薄膜溅射完成后,关闭Ge的射频电源。
(c)重复(a)、(b)两步,直到多层薄膜厚度达到48-52nm。
实施例2
本实施例中制备的Sb/Ge纳米复合多层相变薄膜总厚度为48nm,具体结构为[Sb(2nm)Ge(1nm)]16。
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[Sb(2nm)Ge(1nm)]16薄膜前准备
(a)放上Sb和Ge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Sb靶材的溅射速度为0.4nm/s,Ge靶材的溅射速度为0.35nm/s
(a)将基片旋转到Sb靶位,打开Sb的直流电源,开始溅射Sb薄膜,持续时间5s,Sb薄膜溅射完成后,关闭Sb的直流电源。
(b)将基片旋转到Ge靶位,打开Ge的射频电源,开始溅射Ge薄膜,持续时间3s,Ge薄膜溅射完成后,关闭Ge的射频电源。
(c)重复(a)、(b)两步,直到多层薄膜厚度达到48nm。
实施例3
本实施例中制备的Sb/Ge纳米复合多层相变薄膜总厚度为52nm,具体结构为[Sb(2nm)Ge(2nm)]13。
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[Sb(2nm)Ge(2nm)]13薄膜前准备
(a)放上Sb和Ge单质靶材,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Sb靶材的溅射速度为0.4nm/s,Ge靶材的溅射速度为0.35nm/s
(a)将基片旋转到Sb靶位,打开Sb的直流电源,开始溅射Sb薄膜,持续时间5s,Sb薄膜溅射完成后,关闭Sb的直流电源。
(b)将基片旋转到Ge靶位,打开Ge的射频电源,开始溅射Ge薄膜,持续时间6s,Ge薄膜溅射完成后,关闭Ge的射频电源。
实施例4
本实施例中制备的Sb/Ge纳米复合多层相变薄膜总厚度为50nm,具体结构为[Sb(2nm)Ge(3nm)]10。
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[Sb(2nm)Ge(3nm)]10薄膜前准备
(a)放上Sb和Ge单质靶材,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Sb靶材的溅射速度为0.4nm/s,Ge靶材的溅射速度为0.35nm/s
(a)将基片旋转到Sb靶位,打开Sb的直流电源,开始溅射Sb薄膜,持续时间5s,Sb薄膜溅射完成后,关闭Sb的直流电源。
(b)将基片旋转到Ge靶位,打开Ge的射频电源,开始溅射Ge薄膜,持续时间9s,Ge薄膜溅射完成后,关闭Ge的射频电源。
将上述实施例1的[Sb(a)Ge(b)]x纳米复合多层相变薄膜进行进行测试,得到Sb/Ge纳米复合多层相变薄膜的电阻与温度的关系曲线,如图1所示;将上述实施例2,3,4的[Sb(2nm)Ge(1nm)]16,[Sb(2nm)Ge(2nm)]13和[Sb(2nm)Ge(3nm)]10纳米复合多层相变薄膜进行测试,得到Sb/Ge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。将上述实施例2[Sb(2nm)Ge(1nm)]16纳米复合多层薄膜,在200℃下的不同时间进行热处理,在小角度X射线衍射下,利用其衍射强度计算得到其在非晶态时的扩散系数,如图2-4所示;将上述实施例2所得的[Sb(2nm)Ge(1nm)]16薄膜进行透射电子显微镜观察,得到了其在结晶状态下的晶粒变化情况,如图5所示;将上述实施例2所得的[Sb(2nm)Ge(1nm)]16薄膜进行X射线反射测试,并利用实验结果计算出了在不同温度下薄膜的收缩率,如图6-7所示。
图1为本发明Sb/Ge纳米复合多层相变薄膜的电阻随温度的变化,测试中升温速度为10℃/min。低温下,薄膜处于高电阻非晶态,随着温度升高,薄膜电阻缓慢降低,到达相变温度时,薄膜开始晶化,薄膜电阻急速下降,后维持稳定。如图1所示,在Sb薄膜厚度相同(2nm)的情况下,Ge薄膜的厚度增加,复合薄膜的结晶温度升高,晶化速度变慢。其中[Sb(2nm)Ge(1nm)]16薄膜的晶化速度最快,[Sb(2nm)Ge(3nm)]10薄膜的晶化速度最慢。利用非晶态Sb的高电阻特性,Sb/Ge纳米复合多层相变薄膜二态电阻分别在106、102左右,材料的低阻态电阻值提高,并且相变中,高低态电阻比均大于10倍,满足相应的相变存储器开关比要求;相变温度分别为223℃左右,满足高温相变存储要求;。
图2-4为本发明中[Sb(2nm)Ge(1nm)]16纳米复合多层相变薄膜在相同温度,不同加热时间的小角度X射线衍射图谱,以及利用衍射强度计算出在非晶态下的原子扩散系数。利用阿伦尼乌斯方程,计算出其扩散激活能为0.42eV,在80-200℃扩散系数为8.3×10- 24m2/s,比纯的Ge(5.3×10-30m2/s)薄膜扩散系数更快。加快了薄膜的晶化速度。
图5为本发明中[Sb(2nm)Ge(1nm)]16纳米复合多层薄膜在结晶状态下不同温度下的透射电子显微镜及其相应的选取电子衍射照片。由图5可知,在250℃时,晶粒较大,随着温度升高,晶粒变小,也变得更加均匀。这是由于在温度升高,非晶态Ge原子的扩散加快,将大块的晶粒劈裂成细小而均匀的晶粒,进而提高了薄膜的热稳定性。
图6-7为本发明中[Sb(2nm)Ge(1nm)]16薄膜在不同温度下的X射线反射照片,以及利用X射线反射数据计算出得薄膜收缩的图片。由图6可以看出,X射线反射图像上,在沉积态和150℃时,曲线的变化较小,当温度升高到250℃时,曲线发生了一个较大的变化,表明在结晶过程中,薄膜的结构发生了一个较大的变化。在350℃时,曲线相对于250℃时的变化不是很大。根据修正布拉格方程,可以计算出在沉积态、150、250、350℃时,薄膜的收缩率分别为0,3%,8%,11%。变化较小的收缩率,有利于相变储存器器件的稳定性。
综合上图可知本发明的的[Sb(a)Ge(b)]x纳米复合多层相变薄膜具有热稳定性好,相变速度快,结构稳定性好等优点。
实施例5
一种锑锗多层纳米复合相变材料,为Sb薄膜和Ge薄膜交替排列成多层薄膜结构,Sb薄膜的厚度为2nm,Ge薄膜的厚度为0.5nm,多层薄膜的周期数为20。
锑锗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Sb和Ge为溅射靶材,以Ar为溅射气体,交替沉积多层Sb薄膜和Ge薄膜,获得Sb/Ge纳米复合多层相变薄膜材料,具体采用以下步骤:
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;Sb和Ge靶材溅射分别采用射频和直流电源,溅射功率均为15W,Ar气的气体流量为25SCCM,溅射气压为0.15Pa,Sb和Ge靶材的纯度均在原子百分比99.999%以上,Ar气的纯度为体积百分比99.999%以上,溅射时的真空度不大于1x10-4Pa;
3.采用室温磁控溅射方法制备Sb/Ge纳米复合多层相变薄膜;
(a)将基片旋转到Sb靶位,打开Sb的直流电源,开始溅射Sb薄膜,Sb薄膜溅射完成后,关闭Sb的直流电源。
(b)将基片旋转到Ge靶位,打开Ge的射频电源,开始溅射Ge薄膜,Ge薄膜溅射完成后,关闭Ge的射频电源。
实施例6
一种锑锗多层纳米复合相变材料,为Sb薄膜和Ge薄膜交替排列成多层薄膜结构,Sb薄膜的厚度为1nm,Ge薄膜的厚度为3.5nm,多层薄膜的周期数为15。
锑锗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Sb和Ge为溅射靶材,以Ar为溅射气体,交替沉积多层Sb薄膜和Ge薄膜,获得Sb/Ge纳米复合多层相变薄膜材料,具体采用以下步骤:
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;Sb和Ge靶材溅射分别采用射频和直流电源,溅射功率均为20W,Ar气的气体流量为30SCCM,溅射气压为0.2Pa,Sb和Ge靶材的纯度均在原子百分比99.999%以上,Ar气的纯度为体积百分比99.999%以上,溅射时的真空度不大于1x10-4Pa;
3.采用室温磁控溅射方法制备Sb/Ge纳米复合多层相变薄膜;
(a)将基片旋转到Sb靶位,打开Sb的直流电源,开始溅射Sb薄膜,Sb薄膜溅射完成后,关闭Sb的直流电源。
(b)将基片旋转到Ge靶位,打开Ge的射频电源,开始溅射Ge薄膜,Ge薄膜溅射完成后,关闭Ge的射频电源。
实施例7
一种锑锗多层纳米复合相变材料,为Sb薄膜和Ge薄膜交替排列成多层薄膜结构,Sb薄膜的厚度为1nm,Ge薄膜的厚度为2nm,多层薄膜的周期数为16。
锑锗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Sb和Ge为溅射靶材,以Ar为溅射气体,交替沉积多层Sb薄膜和Ge薄膜,获得Sb/Ge纳米复合多层相变薄膜材料,具体采用以下步骤:
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;Sb和Ge靶材溅射分别采用射频和直流电源,溅射功率均为25W,Ar气的气体流量为35SCCM,溅射气压为0.25Pa,Sb和Ge靶材的纯度均在原子百分比99.999%以上,Ar气的纯度为体积百分比99.999%以上,溅射时的真空度不大于1x10-4Pa;
3.采用室温磁控溅射方法制备Sb/Ge纳米复合多层相变薄膜;
(a)将基片旋转到Sb靶位,打开Sb的直流电源,开始溅射Sb薄膜,Sb薄膜溅射完成后,关闭Sb的直流电源。
(b)将基片旋转到Ge靶位,打开Ge的射频电源,开始溅射Ge薄膜,Ge薄膜溅射完成后,关闭Ge的射频电源。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改,这并不影响本发明的实质内容。
Claims (9)
1.一种锑锗多层纳米复合相变材料,其特征在于,该复合相变材料为Sb薄膜和Ge薄膜交替排列成多层薄膜结构,所述的Sb薄膜的厚度为1-3nm,所述的Ge薄膜的厚度为0.5-3.5nm。
2.根据权利要求1所述的一种锑锗多层纳米复合相变材料,其特征在于,所述的多层薄膜的周期数为15-20,优选为16。
3.根据权利要求1所述的一种锑锗多层纳米复合相变材料,其特征在于,所述的Sb薄膜的厚度优选为2nm,所述的Ge薄膜的厚度优选为1-3nm。
4.根据权利要求1所述的一种锑锗多层纳米复合相变材料,其特征在于,所述的单层Sb薄膜和单层Ge薄膜的厚度之和不大于5nm。
5.根据权利要求1所述的一种锑锗多层纳米复合相变材料,其特征在于,所述的多层薄膜结构的总厚度为45-60nm,优选为48nm。
6.如权利要求1所述的锑锗多层纳米复合相变材料的制备方法,其特征在于,采用磁控溅射法,在SiO2/Si(100)衬底上,以Sb和Ge为溅射靶材,以Ar为溅射气体,交替沉积多层Sb薄膜和Ge薄膜,获得Sb/Ge纳米复合多层相变薄膜材料。
7.根据权利要求6所述的一种锑锗多层纳米复合相变材料的制备方法,其特征在于,Sb和Ge靶材的纯度均在原子百分比99.999%以上,Ar气的纯度为体积百分比99.999%以上,溅射时的真空度不大于1x10-4Pa。
8.根据权利要求6所述的一种锑锗多层纳米复合相变材料的制备方法,其特征在于,Sb靶材和Ge靶材溅射分别采用射频和直流电源,溅射功率为15-25W;Ar气的气体流量为25-35SCCM;溅射气压为0.15-0.25Pa。
9.如权利要求1所述的锑锗多层纳米复合相变材料在具有多态性能的高密度相变存储器中的应用。
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---|---|
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Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109904311A (zh) * | 2017-12-08 | 2019-06-18 | 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 |
CN109935688A (zh) * | 2019-03-26 | 2019-06-25 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 相变薄膜结构、相变存储单元及其制备方法及相变存储器 |
CN110010764A (zh) * | 2019-02-27 | 2019-07-12 | 江苏理工学院 | 一种CH/Sb纳米复合多层相变薄膜材料及其制备方法和应用 |
CN110233203A (zh) * | 2018-03-06 | 2019-09-13 | 江苏理工学院 | 一种用于高温工况的类超晶格Zn-Sb/Ge-Sb纳米相变存储薄膜及其制备方法 |
US10889887B2 (en) | 2016-08-22 | 2021-01-12 | Honeywell International Inc. | Chalcogenide sputtering target and method of making the same |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110315942A1 (en) * | 2009-03-04 | 2011-12-29 | National Institute of Advanced Industrial Science and Technologyy | Solid-state memory |
CN104659209A (zh) * | 2015-02-09 | 2015-05-27 | 江苏理工学院 | 用于相变存储器的GeSb基掺氮纳米薄膜材料及其制备方法 |
CN104795494A (zh) * | 2015-04-27 | 2015-07-22 | 江苏理工学院 | 用于高速相变存储器的GeTe/Sb类超晶格相变薄膜材料及其制备方法 |
CN104934533A (zh) * | 2015-04-27 | 2015-09-23 | 江苏理工学院 | 用于高速低功耗相变存储器的Ge/Sb类超晶格相变薄膜材料及其制备方法 |
CN105489758A (zh) * | 2015-12-07 | 2016-04-13 | 江苏理工学院 | 用于相变存储器的Si/Sb类超晶格相变薄膜材料及其制备方法 |
-
2016
- 2016-12-16 CN CN201611168168.9A patent/CN106601908A/zh active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20110315942A1 (en) * | 2009-03-04 | 2011-12-29 | National Institute of Advanced Industrial Science and Technologyy | Solid-state memory |
CN104659209A (zh) * | 2015-02-09 | 2015-05-27 | 江苏理工学院 | 用于相变存储器的GeSb基掺氮纳米薄膜材料及其制备方法 |
CN104795494A (zh) * | 2015-04-27 | 2015-07-22 | 江苏理工学院 | 用于高速相变存储器的GeTe/Sb类超晶格相变薄膜材料及其制备方法 |
CN104934533A (zh) * | 2015-04-27 | 2015-09-23 | 江苏理工学院 | 用于高速低功耗相变存储器的Ge/Sb类超晶格相变薄膜材料及其制备方法 |
CN105489758A (zh) * | 2015-12-07 | 2016-04-13 | 江苏理工学院 | 用于相变存储器的Si/Sb类超晶格相变薄膜材料及其制备方法 |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10889887B2 (en) | 2016-08-22 | 2021-01-12 | Honeywell International Inc. | Chalcogenide sputtering target and method of making the same |
US11946132B2 (en) | 2016-08-22 | 2024-04-02 | Honeywell International Inc. | Chalcogenide sputtering target and method of making the same |
CN109904311A (zh) * | 2017-12-08 | 2019-06-18 | 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 |
CN110233203A (zh) * | 2018-03-06 | 2019-09-13 | 江苏理工学院 | 一种用于高温工况的类超晶格Zn-Sb/Ge-Sb纳米相变存储薄膜及其制备方法 |
CN110233203B (zh) * | 2018-03-06 | 2023-04-07 | 江苏理工学院 | 一种用于高温工况的类超晶格Zn-Sb/Ge-Sb纳米相变存储薄膜及其制备方法 |
CN110010764A (zh) * | 2019-02-27 | 2019-07-12 | 江苏理工学院 | 一种CH/Sb纳米复合多层相变薄膜材料及其制备方法和应用 |
CN110010764B (zh) * | 2019-02-27 | 2022-09-27 | 江苏理工学院 | 一种CH/Sb纳米复合多层相变薄膜材料及其制备方法和应用 |
CN109935688A (zh) * | 2019-03-26 | 2019-06-25 | 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 | 相变薄膜结构、相变存储单元及其制备方法及相变存储器 |
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