非平衡态硫族化合物、薄膜及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种非平衡态硫族化合物、薄膜及其制备方法，属于记忆体芯片材料技术领域。该非平衡态硫族化合物的化学分子式通式为XY4，其中Y元素为元素周期表中高挥发性的硫族元素。将X元素和Y元素通过真空熔炼和热压烧结而形成非平衡态化合物。此外，还可以通过等离子溅射将该非平衡态硫族化合物制作为薄膜，该薄膜可以作为新一代记忆体芯片的开关元件的关键材料，具有优秀的电学性能和稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及领域新一代记忆体芯片材料
，具体而言，涉及一种非平衡态硫族化合物及其薄膜的制备方法。
技术介绍
在新一代非挥发性记忆体芯片(Non-Volatile Memory)的研究和开发中，硫族元素化合物是属于最受重视之一。硫族元素化合物所呈现出非线性电流-电压(1-V Curve)性能，在电流的驱动下，这种材料的薄膜能够在10ns?100ns之间发生极其快速的电压转换，以代表二进制数字0或者1，从而达到信息储存读/写的目的。这个0/1状态的切换，就需要一个高速的开-关，其被称为Ovonic Threshold Switch (简称0TS)。目前，通常使用硫族元素化合物包括66362、6632、482563、48；^63等。制作上述化合物时，都是按照相关元素的二元相图来形成稳定的、平衡态的化合物。然而，相变记忆体芯片的材料0TS性能要求很高，上述的一些化合物不能完全满足芯片对材料电性能的要求。而非平衡态硫族元素化合物被发现具备有作为0TS材料较理想的电性能特征。不过制作非平衡态的硫族化合物的研究比较少，技术难度高，而且不成熟。现有的方法制作的非平衡态硫族化合物不稳定，在适当的外界动力学条件下容易产生分解，从而限制了其在非挥发性记忆体芯片领域的广泛应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种非平衡态硫族化合物及其薄膜的制备方法，以形成稳定的非平衡态硫族化合物，改善其材料和电学性能，以便使其能够在新一代非挥发性记忆芯片中得到广泛地使用。本专利技术技术方案如下:第一方面，本专利技术提供了一种用于制备化学分子式为乂￥4的非平衡态硫族化合物的方法，Y为硫族元素，其特征在于，所述方法包括以下步骤:1)将X元素和Y元素按照Y元素相对于X元素的重量比例比分子式所要求的理想比例高10%?20%的重量比进行混合，然后将它们放入真空设备内，其中所述真空设备内的真空度为 1.0X10 3Pa ~ 5.0X10 3Pa ；2)对所述真空设备进行加热，以使X元素和Y元素变成熔融态，然后使X元素与Y元素在恒温条件下反应；3)在反应完成后，将所述真空设备内由X元素和Y元素组成的液态混合物快速降温至室温，以获得稳定的非平衡态硫族化合物。优选地，所述步骤2)中由X元素和Y元素组成的混合物的温度为700°C?1200°C，升温速率为150°C /小时?200°C /小时，恒温反应时间为3?4小时。优选地，所述步骤2)还包括以下步骤:在使X元素与Y元素在恒温条件下反应的同时，对所述真空设备进行振动，振动频率为0.5?1Hz。优选地，所述步骤3)中的降温速率为10°C?15°C /分钟。第二方面，本专利技术还提供了一种由上述任一项所述的方法制备的通式为XY4的非平衡态硫族化合物，所述非平衡态硫族化合物包括GeSe4、GeS4、CuS4、CuSe4、GeTe4、ZnSe4。第三方面，本专利技术还提供了一种利用上述制备的非平衡态硫族化合物制成的非平衡态硫族化合物薄膜。第四方面，本专利技术还提供了一种用于制作上述的非平衡态硫族化合物薄膜的方法，包括以下步骤:A)根据本专利技术第一方面所述的方法来制作稳定的非平衡态硫族化合物；B)通过粉末冶金的方法来处理所述非平衡态硫族化合物，以获得溅射靶材；C)通过等离子体溅射所述靶材，从而在基底上形成稳定的非平衡态硫族化合物薄膜。优选地，步骤B)还包括以下步骤:将制备的稳定的非平衡态硫族化合物制成粉末；在真空度为1 X 10 3Pa?3 X 10 3Pa，温度为280°C?400°C，压力为400?600吨的条件下烧结所述粉末2.8?3小时，冷却制成高密度材料；将制得的高密度材料制成靶材。优选地，冷却时的降温速率为80?130 °C /小时。优选地，步骤C)中的所述等离子体溅射条件为:所述非平衡态硫族元素化合物靶材表面的温度不高于100°c，溅射腔体内的阴极和基底用温度不高于10°C的循环水冷却，阴极的溅射功率密度不高于1.25W/cm2，靶材的厚度小于5毫米。本专利技术的有益效果:本专利技术提供了一类非平衡态硫族化合物，其薄膜材料具有优良的材料和电性能，在新一代的非挥发性记忆体芯片领域具有广阔的应用前景。此外，非平衡态硫族化合物与记忆体芯片的周边材料有较好的匹配性、相容性好，可显著提高下一代记忆体芯片的性能和可靠性。本专利技术还提供了一种非平衡态硫族化合物的制作方法，该制作方法克服了制作非平衡态硫族化合物过程中稳定性差出现分解的问题，在室温下可稳定存在，对获得稳定的和性能优秀的记忆体芯片制造所用的开关材料具有特殊的意义。本专利技术提供了一种非平衡态硫族化合物薄膜，该薄膜可用作记忆体芯片的关键开-关组件0TS，其具有很高的开/关速度，可实现信息的快速读/写，和较长寿命的记忆体芯片。本专利技术还提供了一种上述非平衡态硫族化合物薄膜的制作方法，该方法操作简单，可制作出稳定的非平衡态硫族化合物，能够有效地防止非平衡态硫族化合物在使用过程中发生分解的问题。【附图说明】为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为专利技术实施例1提供的非平衡态硫族化合物GeSe4的制备方法流程图；图2为专利技术实施例2提供的非平衡态硫族化合物GeSe4薄膜的制备方法流程图。【具体实施方式】为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例1本实施例提供了一种非平衡态硫族化合物GeSe4，该非平衡态硫族化合物通过以下方法制作而成:首先、将Se/Ge按照重量比4.8放入一个高纯度石英容器内，。石英管抽成真空，使其真空度达到3.0x10 3Pa，然后将石英管的一端开口密闭，使石英管内形成一个高真空的密闭空间。石英管内真空度的提高有利于减少杂质气体，避免空气中的各种元素诸如02，N2，或者H2等混入产品内。通过提高石英管内的真空度，能够改善最终非平衡态GeSe 4产品的纯净度。其次，将密闭的石英管放入加热设备，如电阻加热炉，然后对石英管进行加热使Ge和Se成熔融态，完全液化的Ge和Se在恒温条件下反应。优选地，加热速度控制在180°C /小时，使Ge和Se混合物的温度为860°C。在860°C的条件下，Ge和Se充分地混合、反应，形成熔融液态。在该温度下保温3.2小时。为了能够使Ge和Se能够充分反应，在保温期间，将石英管放置在一个可以机械摇晃的装置上，以0.5Hz的频率进行摇晃。通过振动，Ge和Se元素进行均匀地反应。再次，在上述密闭、高温以及高真空度的条件下充分反应了 3.2小时之后，切断电阻加热炉的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制备化学分子式为XY4的非平衡态硫族化合物的方法，Y为硫族元素，其特征在于，所述方法包括以下步骤：1)将X元素和Y元素按照Y元素相对于X元素的重量比例比分子式所要求的理想比例高10％～20％的重量比进行混合，然后将它们放入真空设备内，其中所述真空设备内的真空度为1.0×10‑3 Pa～5.0×10‑3 Pa；2)对所述真空设备进行加热，以使X元素和Y元素变成熔融态，然后使X元素与Y元素在恒温条件下反应；3)在反应完成后，将所述真空设备内由X元素和Y元素组成的液态混合物快速降温至室温，以获得稳定的非平衡态硫族化合物。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李宗雨，丘立安，
申请(专利权)人：成都先锋材料有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51