一种环境友好型Sn-Sb-Ti纳米复合相变薄膜及其制备方法技术

一种环境友好型Sn‑Sb‑Ti纳米复合相变薄膜，其化学组成符合化学通式(SnxSb1‑x)1‑yTiy，其中，0.05

【技术实现步骤摘要】
一种环境友好型Sn-Sb-Ti纳米复合相变薄膜及其制备方法
本专利技术属于微电子材料
，具体涉及一种用于环境友好型Sn-Sb-Ti纳米复合相变薄膜的制备方法及应用。
技术介绍
相变存储器(PCRAM)是一种新兴的基于硫族半导体化合物的非易失性存储器，其存储原理是利用相变材料在晶态与非晶态间具有迥异的电学物理性质实现信息的擦除和写入。晶态的电阻率较低，非晶态的电阻率较高，可作为“0”和“1”两种状态实现二进制数据的存储。环境友好型RESET操作(写入)过程是指对晶态的相变材料施加一个脉冲幅度较高、作用时间极短的电脉冲，使薄膜材料加热至熔点Tm之上，熔融状态下的材料经过快速冷却(>109K/s)，实现晶态到非晶态的转变。环境友好型SET操作(擦除)过程是指对非晶态材料施加一个脉冲幅度中等、作用时间较长的电脉冲，材料逐渐升温到玻璃态转化温度Tg之上且熔点Tm之下，实现非晶态到晶态的转变。信息的Read(读取)过程是对相变材料施加微弱的电脉冲信号，在不使存储单元发生相变的状态下，通过测量材料的电阻率判断非晶态与晶态以获取二进制信息。硫族半导体化合物中具有相变特性的材料有很多，其中，能应用于相变存储器中的主流候选材料是基于Te的硫系化合物，例如Ge-Sb-Te、Ge-Te、Si-Sb-Te、Ti-Sb-Te等，这些材料在相变特性方面均展现出各自优异的性能。就综合性能而言，Ge-Sb-Te是最具代表性、最常用的Te基相变材料，其中以Ge2Sb2Te5为主。Ge2Sb2Te5材料在相变过程中由于Ge原子伞跳翻转的结构变化使其具有纳秒时间尺度的相变速度，已作为记录介质被广泛应用于光学和电学存储器。尽管如此，Ge2Sb2Te5属于成核主导型相变材料，在晶化过程中存在着大量的晶核，由于晶核生长速度较慢导致以Ge2Sb2Te5为介质层的相变存储器读写需较长的时间(>100ns)，较慢的相变速度制约着相变存储器替代DRAM(10ns)的发展。其次，Ge2Sb2Te5在结晶态时晶粒尺寸较大(>100nm)，在薄膜介质层中易造成孔洞和缝隙，降低环境友好型可靠性。再次，Ge2Sb2Te5组分中含有Te元素，众所周知，Te具有一定的毒性，对人体和环境有害，还可能污染半导体工艺。且Te原子容易发生迁移，会导致相变材料组分偏析而出现分相，恶化器件的循环寿命。因此，寻找新的环境友好型无Te高速相变材料迫在眉睫。Sn-Sb是一类生长主导型的二元合金相变材料，拥有较快的结晶速度受到研究界的广泛关注。然而，苦于其结晶温度仅175℃，晶态电阻仅102Ω/□，使得热稳定性不够高，操作功耗不够低，难以真正应用于相变存储器。
技术实现思路
为解决现有技术中Sn-Sb合金的结晶温度不够高、晶态电阻不够大的缺点，本专利技术提供一种通过掺杂改性获得的环境友好型Sn-Sb-Ti纳米复合相变薄膜。本专利技术提供了如下的技术方案：一种环境友好型Sn-Sb-Ti纳米复合相变薄膜，其化学组成符合化学通式(SnxSb1-x)1-yTiy，其中，0.05<x<0.25,0.01<y<0.4。该环境友好型Sn-Sb-Ti纳米复合相变薄膜的制备方法，包括以下步骤：1)、将SnxSb1-x合金靶材放在溅射仪的靶位上，在SnxSb1-x靶材上面放置所需扇形Ti靶材，且扇形Ti靶材的圆心与SnxSb1-x合金靶材的圆心重合；2)、将清洗干净的SiO2/Si(100)基片固定在样品托盘上，密封溅射仪器腔体，关闭对外通气阀门；开启真空计和机械泵抽真空，待腔体内真空达到5Pa或以下时，启动分子泵，打开插板阀，抽真空至2×10-4Pa以下；3)、将SnxSb1-x合金靶材的交流电源溅射功率设置为18～22W；使用高纯Ar气作为溅射气体，Ar气流量设为26～32SCCM，溅射气压为2.0～2.6×10-1Pa；4)、用上位机软件在线控制和监测镀膜的全过程，设置溅射时间，靶材的溅射速度为4～8s/nm，将SiO2/Si(100)基片旋转到SnxSb1-x(Ti)靶位，开启交流溅射电源，在SiO2/Si(100)基片上溅射一段时间后得到(SnxSb1-x)1-yTiy合金相变薄膜，溅射结束后，关闭(SnxSb1-x)1-yTiy靶位的交流溅射电源。进一步的，所述SiO2/Si(100)基片的清洗方法为先将基片置于乙醇溶液中，用超声清洗8～12分钟，去基片表面灰尘颗粒以及无机杂质；然后将基片置于丙酮溶液中，用超声清洗8～12分钟，去基片表面有机杂质；再将基片置于去离子水中，用超声清洗8～15分钟，再次清洗表面；然后取出基片，用高纯N2吹干表面和背面，放置在干燥箱内待用。进一步的，所述的扇形Ti靶材的半径20mm，厚度2mm，圆心角为30°。与传统Ge2Sb2Te5及未掺杂SnxSb1-x相变薄膜相比，本专利技术的钛掺杂Sn-Sb薄膜具有较快的晶化速度，有利于提高PCRAM的存储速率；其次，(SnxSb1-x)1-yTiy纳米相变薄膜材料具有较高的晶化温度、结晶激活能和十年数据保持力，有益于改善PCRAM的稳定性；再次，相比未掺钛的SnxSb1-x薄膜材料，(SnxSb1-x)1-yTiy纳米相变薄膜材料具有更高的非晶态和晶态电阻，有助于降低PCRAM操作功耗，提升存储器的密度。附图说明图1为本专利技术所提供的纳米相变薄膜(Sn0.2Sb0.8)0.91Ti0.09、(Sn0.2Sb0.8)0.83Ti0.17、(Sn0.2Sb0.8)0.71Ti0.29及用于对比的Sn0.2Sb0.8相变材料的原位电阻与温度的关系曲线。图2为本专利技术所提供的纳米相变薄膜(Sn0.2Sb0.8)0.91Ti0.09、(Sn0.2Sb0.8)0.83Ti0.17、(Sn0.2Sb0.8)0.71Ti0.29及用于对比的Sn0.2Sb0.8相变材料Kissinger拟合所得的结晶激活能。图3为本专利技术所提供的纳米相变薄膜(Sn0.2Sb0.8)0.91Ti0.09、(Sn0.2Sb0.8)0.83Ti0.17、(Sn0.2Sb0.8)0.71Ti0.29及用于对比的Sn0.2Sb0.8相变材料的失效时间与温度倒数的对应关系曲线。图4为本专利技术所提供的纳米相变薄膜(Sn0.2Sb0.8)0.91Ti0.09、(Sn0.2Sb0.8)0.83Ti0.17、(Sn0.2Sb0.8)0.71Ti0.29及用于对比的Sn0.2Sb0.8在沉积态和260℃退火5分钟后的X射线衍射曲线。具体实施方式实施例1本实施例提供了一种组分为(Sn0.2Sb0.8)0.91Ti0.09，薄膜的厚度为50nm的Sn-Sb-Ti纳米相变薄膜，该相变薄膜的主要制备方法主要步骤如下：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10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10分钟，去基片表面有机(c)将基片置于去离子水中，用超声清洗10分钟，再次清洗表面；杂质；(d)取出基片，用高纯N2吹干表面和背面，放置在干燥箱内待用。2)、采用磁控溅射方法制备(Sn0.2Sb0.8)0.91Ti0.09相变薄膜的前期准备：(a本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种环境友好型Sn‑Sb‑Ti纳米复合相变薄膜，其特征在于，其化学组成符合化学通式(SnxSb1‑x)1‑yTiy，其中，0.05<x<0.25,0.01<y<0.4。

【技术特征摘要】
1.一种环境友好型Sn-Sb-Ti纳米复合相变薄膜，其特征在于，其化学组成符合化学通式(SnxSb1-x)1-yTiy，其中，0.05<x<0.25,0.01<y<0.4。2.如权利要求1所述的环境友好型Sn-Sb-Ti纳米复合相变薄膜，其特征在于，其化学组成为(Sn0.2Sb0.8)0.91Ti0.09、(Sn0.2Sb0.8)0.83Ti0.17或(Sn0.2Sb0.8)0.71Ti0.29。3.如权利要求1所述的环境友好型Sn-Sb-Ti纳米复合相变薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)、将SnxSb1-x合金靶材放在溅射仪的靶位上，在SnxSb1-x靶材上面放置所需扇形Ti靶材，且扇形Ti靶材的圆心与SnxSb1-x合金靶材的圆心重合；2)、将清洗干净的SiO2/Si(100)基片固定在样品托盘上，密封溅射仪器腔体，关闭对外通气阀门；开启真空计和机械泵抽真空，待腔体内真空达到5Pa或以下时，启动分子泵，打开插板阀，抽真空至2×10-4Pa以下；3)、将SnxSb1-x合金靶材的交流电源溅射功率设置为18～22W；使用高纯A...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴卫华，朱小芹，薛建忠，袁丽，胡益丰，邹华，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32