本发明专利技术公开了一种用于低功耗相变存储器的多层纳米复合薄膜材料及其制备方法，特点是多层纳米复合薄膜材料为GaSb/Sb多层复合薄膜，其结构符合通式：[GaSb(a)/Sb(b)]x，式中a、b分别表示所述的单层GaSb和单层Sb薄膜的厚度，3≤a≤7nm，b=2nm，x表示单层GaSb和单层Sb薄膜的交替周期数或者交替层数，x=13，17或者24，其由GaSb合金靶和Sb单质靶在磁控溅射镀膜系统中通过双靶交替溅射获得，具有较高的结晶温度，较好的热稳定性和较低的功耗。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种微电子
的材料，尤其涉及。
技术介绍
相变存储器(PCRAM)是与CMOS工艺技术兼容且随半导体加工技术发展依然保持良好性能的新一代非挥发性存储器，当器件特征尺寸进入纳米尺度并不断缩小的过程中，其基于电阻可逆相变的存储特性呈现出低功耗、高密度、高速度等优异的性能，学术界和工业界认为其在未来的存储器市场具有很强的竞争力与广阔的商用价值。相变存储器的原理是利用存储介质在电脉冲的作用下产生的焦耳热使存储介质在晶态(低阻)与非晶态(高阻)之间产生的巨大电阻值差异实现信息的存储，信息的读出则是通过测量存储器的电阻值来实现的。尽管如此，相变存储器的大规模商业化应用还有一段路要走，面临的一些问题还有待解决。例如，PCRAM的操作功耗还有待于进一步减小，在写入(RESET)过程当中，需要将相变材料的编程区域加热至相变材料熔点以上，这个熔化能量(即功耗)取决于相变材料的熔点和内部的加热效率。降低功耗需要从以下两个方面进行:开发更低熔点、更低热导率的新型相变材料。PCRAM要作为闪存(Flash)的替代者，对其数据保持能力提出了更高的要求。相变存储器在服役环境温度作用下，非晶态能够保持稳定状态时间的长短是存储数据是否容易据丢失的关键。Ge2Sb2Te5 (GST)材料的结晶温度较低(~168°C )，造成了基于GST为存储介质的相变存储器能够有效保持10年的最高环境温度为85°C，远远不能满足汽车电子(~120°C)和航空航天(~150°C)等领域的需求。所以，必须对材料做进一步的优化或开发新型材料。GaSb材料具有较高的结晶温度(~270°C )和Sb材料具有较快的晶化速度，目前，国内外还没有公开任何关于将GaSb与Sb结合用于低功耗相变存储器的多层纳米复合薄膜材料及其制备方法的相关研究报道。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种结晶温度高、热稳定性好以及功耗低的用于低功耗相变存储器的多层纳米复合薄膜材料及其制备方法。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为:，所述的多层纳米复合薄膜材料的化学结构式为 x，其中单层GaSb薄膜的厚度大小为3_7nm，单层Sb薄膜的厚度为2 nm, x表示单层GaSb和单层Sb薄膜的交替周期数或者交替层数，x=13，17或者24。所述的多层纳米复合薄膜材料由GaSb合金靶和Sb单质靶在磁控溅射镀膜系统中通过双靶交替溅射获得，其单层GaSb和单层Sb薄膜交替排列成多层膜结构。—种用于低功耗相变存储器的多层纳米复合薄膜材料的制备方法，具体步骤如下: 在磁控溅射镀膜系统中，采用清洗过的石英片或氧化硅片衬底，将GaSb合金靶材和Sb单质靶材安装在磁控射频溅射靶中，将磁控溅射镀膜系统的溅射腔室进行抽真空直至室内真空度达到2.0X 10 4Pa，然后对GaSb合金靶和Sb单质靶分别进行10分钟的预溅射，控制GaSb合金靶的溅射功率和Sb单质靶的溅射功率均为20W，在室温交替溅射GaSb薄膜和Sb薄膜，溅射总厚度达到120nm，即得到GaSb/Sb多层纳米复合薄膜材料，其结构符合通式为 x，其中单层GaSb薄膜的厚度大小为3_7nm，单层Sb薄膜的厚度为2 nm, x表示单层GaSb和单层Sb薄膜的交替周期数或者交替层数，x=13，17或者24。所述的衬底为Si02/Si (100)基片，所述GaSb合金革E材和所述的Sb单质革E材的纯度在原子百分比99.999%以上，所述的溅射气体为高纯Ar气。所述的GaSb合金革E的派射速率为2.lnm/min,所述的Sb单质革E的派射速率为6nm/min0与现有技术相比，本专利技术的优点在于:本专利技术首次公开了用于低功耗相变存储器的多层纳米复合薄膜材料及其制备方法，其采用结晶温度较高的GaSb材料(~270°C)和具有较快的晶化速度的Sb材料组成多层复合薄膜，有效地提高了薄膜的热稳定性，同时多层复合薄膜的类超晶格结构使其具有较低热导率，可以有效降低器件单元的RESET功耗，从而使GaSb/Sb多层纳米复合相变薄膜材料具有结晶温度高、热稳定性好以及功耗低的优点。【附图说明】图1为本专利技术的多层纳米复合薄膜GaSb/Sb的电阻随加热温度的变化曲线； 图2为本专利技术的多层纳米复合薄膜GaSb/Sb的数据保持力图； 图3为本专利技术的多层纳米复合薄膜GaSb/Sb的X射线反射图； 图4为本专利技术的多层复合相变薄膜GaSb/Sb的X射线反射图的拟合曲线； 图5为本专利技术的多层纳米复合薄膜GaSb/Sb相变存储器的1-V特性曲线； 图6为本专利技术的多层纳米复合薄膜GaSb/Sb相变存储器的R-V特性曲线。【具体实施方式】以下结合附图实施例对本专利技术作进一步详细描述。一、具体实施例实施例1 ，该多层纳米复合薄膜材料的化学结构式为 x，其中单层GaSb薄膜的厚度大小为3_7nm，单层Sb薄膜的厚度为2 nm，x表示单层GaSb和单层Sb薄膜的交替周期数或者交替层数，x=13，17或者24。多层纳米复合薄膜材料由GaSb合金靶和Sb单质靶在磁控溅射镀膜系统中通过双靶交替溅射获得，其单层GaSb和单层Sb薄膜交替排列成多层膜结构。实施例2 一种用于低功耗相变存储器的多层纳米复合薄膜材料的制备方法，具体步骤如下: 在磁控溅射镀膜系统中，采用清洗过的石英片或氧化硅片衬底，将GaSb合金靶材和Sb单质靶材安装在磁控射频溅射靶中，将磁控溅射镀膜系统的溅射腔室进行抽真空直至室内真空度达到2.0X 10 4Pa，然后对GaSb合金靶和Sb单质靶分别进行10分钟的预溅射，控制GaSb合金靶的溅射功率和Sb单质靶的溅射功率均为20W，在室温交替溅射GaSb薄膜和Sb薄膜，溅射总厚度达到120nm，即得到GaSb/Sb多层纳米复合薄膜材料，其结构符合通式为 x，其中单层GaSb薄膜的厚度大小为3_7nm，单层Sb薄膜的厚度为2 nm, x表示单层GaSb和单层Sb薄膜的交替周期数或者交替层数，x=13，17或者24。上述衬底为Si02/Si (100)基片，GaSb合金靶材和Sb单质靶材的纯度在原子百分比99.999%以上，溅射气体为高纯Ar气。GaSb合金靶的溅射速率为2.lnm/min, Sb单质靶的派射速率为6nm/min。实施例3 本实施例中制备的多层纳米复合薄膜x材料，单层GaSb薄膜的厚度为3nm，单层Sb薄膜的厚度为2 nm,单层GaSb和单层Sb薄膜的交替周期数或者交替层数x为24，其制备步骤为: 1.清洗Si02/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，去离子水冲洗； b)在乙醇溶液中强超声清洗3-5分钟，去离子水冲洗，高纯队吹干表面和背面； c)在80°C烘箱内烘干水汽，约20分钟； 2.采用磁控溅射方法制备GaSb/Sb多层纳米复合薄膜前准备: a)装好GaSb和Sb溅射靶材，靶材的纯度均达到99.999% (原子百分比)，并将本底真空抽至 2.0X10 4 Pa ； b)设定射频靶溅射功率均为20W; c)使用高纯Ar作为派射气体(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0.2Pa ; 3.采用磁控交本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于低功耗相变存储器的多层纳米复合薄膜材料及其制备方法，其特征在于：所述的多层纳米复合薄膜材料的化学结构式为[GaSb/Sb]x，其中单层GaSb薄膜的厚度大小为3‑7nm，单层Sb薄膜的厚度为2 nm，x表示单层GaSb和单层Sb薄膜的交替周期数或者交替层数，x=13，17或者24。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：王苗，吕业刚，沈祥，王国祥，戴世勋，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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