用于相变存储器的Zr-Sb-Te系列相变材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种用于相变存储器的Zr-Sb-Te系列相变材料及其制备方法，所述Zr-Sb-Te系列相变材料的化学式为Zr100-x-ySbxTey，其中0＜100-x-y＜20，0.5≤x/y≤4。本发明专利技术的用于相变存储器的Zr-Sb-Te系列相变材料具有较好的结晶速度及较高的沉积态稳定性，其在电脉冲作用下可以实现可逆相变，相变前后有电阻高低差异之分，差值较大，可以分辨出“0”、“1”，其中Set电压脉冲宽达到100ns，Reset电压脉冲宽度达到10ns，循环次数达到104，是一种较为理想的相变材料，可用于制作相变存储器单元。所述Zr-Sb-Te系列相变材料可采用多种方法制备，其中磁控溅射法比较灵活，可以方便制得组分可调、质量较高的Zr100-x-ySbxTey复合薄膜。

【技术实现步骤摘要】
用于相变存储器的Zr-Sb-Te系列相变材料及其制备方法
本专利技术属于微电子领域，涉及一种用于相变存储器的Zr-Sb-Te系列相变材料及其制备方法。
技术介绍
随着当今社会数字化与信息化的提升，作为信息的载体，半导体存储器的研究也取得了很多的突破。目前占据绝大部分半导体存储器市场份额的三种存储器分别是闪存(Flash)、动态随机存储器(DynamicRandomAccessMemory，DRAM)和静态随机存储器(StaticRandomAccessMemory，SRAM)。然而随着半导体工艺节点由90nm、45nm、22nm的不断推进，这三种存储器技术也都面临着各自物理极限的挑战。相变存储器(PCM)是基于相变材料的新型存储器，其信息的读/写/擦是由激光脉冲或电脉冲完成，其比特“0(reset)”和“1(set)”分别由非晶态与晶态实现。在相变材料中，晶态反射率远大于非晶态，晶态电阻率远小于非晶态，利用这些性质的差异转换为高低电平，用来表示比特信息，实现信息的存储。与其他存储器相比，PCM具有成本低，写入速度快，升级能力可改变，理论成本与功耗更低的优点。因此人们将其视之为最有潜力的下一代高速高密度非易失性存储器。在PCRAM材料研发中，常用的材料有Ge2Sb2Te5、Sb2Te3和GeTe等，其中SbxTe具有相变速度快，功耗低的特点。但这种材料具有结晶温度低，数据保持力不好等缺点，如何提高其热稳定性，改善数据保持力是亟待解决的问题，为了达到这一目的，通常的做法是对其进行掺杂改性，改善其性能。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种用于相变存储器的Zr-Sb-Te系列相变材料及其制备方法，用于解决现有技术中相变材料热稳定性不高，数据保持力不好的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种用于相变存储器的Zr-Sb-Te(锆-锑-碲)系列相变材料，所述Zr-Sb-Te系列相变材料的化学式为Zr100-x-ySbxTey，其中0<100-x-y<20，0.5≤x/y≤4。可选地，在所述Zr100-x-ySbxTey中，满足x/y＝2/3。可选地，Zr的组分满足0.51<100-x-y<6.68。可选地，在所述Zr100-x-ySbxTey中，满足x/y＝2/1。可选地，Zr的组分满足0.11<100-x-y<5.73。可选地，所述Zr100-x-ySbxTey中，Sb与Te成键。可选地，所述Zr-Sb-Te系列相变材料为薄膜材料，薄膜厚度为100～250nm。本专利技术还提供一种采用上述任意一项所述的Zr-Sb-Te系列相变材料的相变存储器单元。本专利技术还提供一种如上述任意一项所述的Zr-Sb-Te系列相变材料的制备方法，该方法选自磁控溅射法、脉冲激光沉积法及电子束蒸发法中的任意一种。可选地，所述磁控溅射法包括以下步骤：在氩气气氛下，利用Sb2Te3合金靶和Zr单质靶两靶共溅射，其中，Sb2Te3合金靶采用直流电源，Zr单质靶采用射频电源；通过改变射频功率来调节Zr的原子百分比，得到Zr组分可调的Zr-Sb-Te系列相变材料。进一步地，利用Sb2Te3合金靶和Zr单质靶两靶共溅射时，所述Sb2Te3合金靶采用的直流功率范围是10～30W，所述Zr单质靶采用的射频功率范围是20～100W。可选地，所述磁控溅射法包括以下步骤：在氩气气氛下，利用Sb2Te3合金靶、Zr单质靶以及Sb单质靶三靶共溅射，其中，Sb2Te3合金靶及Sb单质靶采用直流电源，Zr单质靶采用射频电源；通过改变射频功率来调节Zr的原子百分比，通过改变Sb单质靶的直流功率来调节Sb、Te的组分比，得到Zr组分及Sb、Te组分比例可调的Zr-Sb-Te系列相变材料。进一步地，利用Sb2Te3合金靶、Zr单质靶以及Sb单质靶三靶共溅射时，所述Sb2Te3合金靶采用的直流功率范围是10～30W，所述Sb单质靶采用的直流功率范围是5～20W，所述Zr单质靶采用的射频功率范围是20～120W。如上所述，本专利技术的用于相变存储器的Zr-Sb-Te系列相变材料及其制备方法，具有以下有益效果：本专利技术的用于相变存储器的Zr-Sb-Te系列相变材料具有较好的结晶速度及较高的沉积态稳定性，其在电脉冲作用下可以实现可逆相变，相变前后有电阻高低差异之分，差值较大，可以分辨出“0”、“1”，其中Set电压脉冲宽达到100ns，Reset电压脉冲宽度达到10ns，循环次数达到104，是一种较为理想的相变材料，可用于制作相变存储器单元。所述Zr-Sb-Te系列相变材料可采用多种方法制备，其中磁控溅射法比较灵活，可以方便制得组分可调、质量较高的Zr100-x-ySbxTey复合薄膜。附图说明图1显示为不同组分的Zr100-x-y(Sb2Te3)(x+y)/5相变材料电阻随温度变化关系曲线。图2a显示为Zr1.48(Sb2Te3)98.52/5相变材料电阻随温度变化关系曲线。图2b显示为Zr1.48(Sb2Te3)98.52/5相变材料电阻下降斜率随温度变化关系曲线。图3显示为Sb2Te3与Zr1.48(Sb2Te3)98.52/5在不同退火温度下的XRD曲线。图4a～4h显示为Zr1.48(Sb2Te3)98.52/5的原位TEM图像。图5a～5c显示为Zr1.48(Sb2Te3)98.52/5的电学性能曲线。图6显示为不同组分的Zr100-x-y(Sb2Te)(x+y)/3相变材料电阻随温度变化关系曲线。具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术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同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图1至图6。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。本专利技术提供一种用于相变存储器的Zr-Sb-Te系列相变材料，所述Zr-Sb-Te系列相变材料的化学式为Zr100-x-ySbxTey，其中0<100-x-y<20，0.5≤x/y≤4。所述Zr-Sb-Te系列相变材料可采用磁控溅射法、脉冲激光沉积法及电子束蒸发法中的任意一种制备得到，其中，磁控溅射法比较灵活，可以方便制得组分可调、质量较高的Zr100-x-ySbxTey复合薄膜。实施例一本实施例通过制备Zr100-x-y(Sb2Te3)(x+y)/5相变材料，并对其进行测试来进一步说明本专利技术的一种技术方案。具体的制备方案如下：(1)利用磁控溅射中的双靶共溅射法同时在硅衬底和热氧化后的硅衬底上制备Zr100-x-ySbxTey相变材料，其中0<100-x-y<20，0.5≤x/y≤4。制备出的Zr-Sb-Te系列相变材料为薄膜材料，通过调整长膜时间可将薄膜厚度控制在100～250nm。具体的，包括以下步骤：在氩气气氛下，利用Sb2Te3合金靶和Zr单质靶两靶共溅射本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于相变存储器的Zr‑Sb‑Te系列相变材料，其特征在于，所述Zr‑Sb‑Te系列相变材料的化学式为Zr100‑x‑ySbxTey，其中0<100‑x‑y<20，0.5≤x/y≤4。

【技术特征摘要】
1.一种用于相变存储器的Zr-Sb-Te系列相变材料，其特征在于，所述Zr-Sb-Te系列相变材料的化学式为Zr100-x-ySbxTey，其中0<100-x-y<20，0.5≤x/y≤4。2.根据权利要求1所述的用于相变存储器的Zr-Sb-Te系列相变材料，其特征在于：在所述Zr100-x-ySbxTey中，满足x/y＝2/3。3.根据权利要求2所述的用于相变存储器的Zr-Sb-Te系列相变材料，其特征在于：Zr的组分满足0.51<100-x-y<6.68。4.根据权利要求1所述的用于相变存储器的Zr-Sb-Te系列相变材料，其特征在于：在所述Zr100-x-ySbxTey中，满足x/y＝2/1。5.根据权利要求4所述的用于相变存储器的Zr-Sb-Te系列相变材料，其特征在于：Zr的组分满足0.11<100-x-y<5.73。6.根据权利要求1所述的用于相变存储器的Zr-Sb-Te系列相变材料，其特征在于：所述Zr100-x-ySbxTey中，Sb与Te成键。7.根据权利要求1所述的用于相变存储器的Zr-Sb-Te系列相变材料，其特征在于：所述Zr-Sb-Te系列相变材料为薄膜材料，薄膜厚度为100～250nm。8.一种采用权利要求1～7任意一项所述的Zr-Sb-Te系列相变材料的相变存储器单元。9.一种如权利要求1～7任意一项所述的Zr-Sb-Te系列相变材料的制...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋志棠，郑勇辉，成岩，刘卫丽，宋三年，朱敏，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31