一种结合能力强、低阻值的GeSbTe相变材料薄膜器件制造技术

本发明专利技术公开了一种结合能力强、低阻值的GeSbTe相变材料薄膜器件，包括下电极层、第一GeSbTe材料层、二硫化钼层、第二GeSbTe材料层、石墨烯层、上电极层和保护层，下电极层、第一GeSbTe材料层、二硫化钼层、第二GeSbTe材料层、石墨烯层、上电极层、保护层依次设置叠加在为衬底层上，下电极层为双层复合结构，下电极层包括镀覆在衬底层的Cr‑Ag合金镀层和设置在Cr‑Ag合金镀层表面的Cr‑M合金材料层，Cr‑M合金材料层中M选Mn、Ta、TaN、Ti、W、Ni、Al、Co或Cu。本发明专利技术的改进型基于GeSbTe相变材料的薄膜器件具有热结合能力强、一致性好、内阻小和使用寿命长特点。

【技术实现步骤摘要】
一种结合能力强、低阻值的GeSbTe相变材料薄膜器件
本专利技术涉及相变存储领域，特别是一种多层材料性能互补的叠层型相变薄膜器件。
技术介绍
相变存储器（PRAM）作为非易失性的存储技术，具有抗强震动、抗辐射的特点，具有广泛的应用前景。GeSbTe存储材料是目前该箱变存储器材料的研究热点。针对传统GeSbTe存储材料在制备过程采用TiN形成合金还是采用Zn掺杂的方式，存在不可控性，中国专利技术专利CN106374045A公开了一种基于GeSbTe相变材料的薄膜器件，包括衬底层、下电极层、第一GeSbTe材料层、二硫化钼层、第二GeSbTe材料层、石墨烯层、上电极层和保护层，第一GeSbTe材料层为离子掺杂的GeSbTe相变材料层，第二GeSbTe材料层为纯相的GeSbTe相变材料，具有热稳定性高、一致性好、箱变速度快和使用寿命长特点。但是，该薄膜器件在实际应用中存在如下缺陷：如衬底层为玻璃片、硅片或碳酸酯片，基本都为绝缘材料；下电极层为Mn、Ta、TaN、Ti、W、Ni、Al、Co和/或Cu金属材料，存在化学活性偏差的缺陷，下电极层与衬底层彼此之间的的化学键合较为困难，制约了两者的结合强度；如下电极层的表面设置有第一GeSbTe材料层，金属材质的下电极层存在氧化和硫化问题，电阻率升高，影响下电极层与第一GeSbTe材料层的导通效果；如石墨烯层采用磁控溅射方式覆盖在第二GeSbTe材料层表面上，石墨烯为六角型呈蜂巢晶格的二维结构，范德华作用力强，容易在第二GeSbTe材料基体中团聚，从而使石墨烯层与第二GeSbTe材料层之间的导通效果。以上，均影响了存储器件电阻的降低，且加工过程的不确定性造成了产品一致性的影响。
技术实现思路
本专利技术的最主要目的在于提供了一种结合能力强、低阻值的GeSbTe相变材料薄膜器件，具有热结合能力强、一致性好、内阻小和使用寿命长特点。本专利技术可以通过以下技术方案来实现：本专利技术公开了一种结合能力强、低阻值的GeSbTe相变材料薄膜器件，包括下电极层、第一GeSbTe材料层、二硫化钼层、第二GeSbTe材料层、石墨烯层、上电极层和保护层，下电极层、第一GeSbTe材料层、二硫化钼层、第二GeSbTe材料层、石墨烯层、上电极层、保护层依次设置叠加在为衬底层上，下电极层为双层复合结构，下电极层包括镀覆在衬底层的Cr-Ag合金镀层和设置在Cr-Ag合金镀层表面的Cr-M合金材料层，Cr-M合金材料层中M为Mn、Ta、TaN、Ti、W、Ni、Al、Co或Cu中的一种。进一步地，石墨烯层为石墨烯-Al-Al2O3粉末复合粉体材料层，石墨烯-Al-Al2O3复合粉体材料层以石墨烯、Al合金、Al2O3粉末的合金粉体作为靶材磁控溅射沉积在第二GeSbTe材料层表面上。Al2O3粉末的引入，是为了发挥其纳米颗粒的点接触，增强石墨烯与Al合金的界面相容性，通过石墨烯增强Al合金的导热性，又发挥其综合性能优异的特点，提升器件的结构稳定性，减缓多次相变循环后变形的影响，延长使用寿命。进一步地，Cr-Ag合金镀层通过双阳离子复合电镀的方式同时把Cr和Ag致密沉积在衬底层上。同时沉积，致密性强，结合性好，沉积速度快，便于规模化生产。进一步地，石墨烯、Al合金、Al2O3粉末的合金粉体在的质量比例为石墨烯：Al:MgO为1～5:90～95：10～15。通过合理调控，充分发挥氧化铝的界面相容性优势，提升石墨烯层的性能，降低制造成本。进一步地，石墨烯、Al合金、Al2O3粉末的合金粉体的制备过程包括石墨烯溶解、超声波混合和高温烧结成型，有效利用现有的合金粉体冶金工艺，可实现性强。进一步地，第二GeSbTe材料层在磁控溅射停止前开启石墨烯层的磁控溅射过程，第二GeSbTe材料层与石墨烯层的磁控溅射过程两者具有重叠时间差，彼此层交错，保证了结合性和稳定性。进一步地，保护层为复合双层结构，保护层包括依次设置在石墨烯层表面的第一保护膜和第二保护膜，第一保护膜为ZnS-SiO2薄膜，第二保护膜为SiO2薄膜，ZnS-SiO2薄膜的致密性小于SiO2薄膜，实现疏水自清洁，避免尘埃对器件使用的影响。进一步地，第一GeSbTe材料层为离子掺杂的GeSbTe相变材料层，第二GeSbTe材料层为纯相的GeSbTe相变材料。进一步地，第一GeSbTe材料层包括Ti3+、Ni2+和/或Al3+掺杂的GeSbTe相变材料。本专利技术改进型基于GeSbTe相变材料的薄膜器件具有如下有益的技术效果：第一、结合力强，下电极层采用镀覆在衬底层的Cr-Ag合金镀层和Cr-M合金材料层的结构，Cr和Ag同时致密沉积堆积衬底层的表面，有效保证了下电极层与衬底层结合的强度，Cr-M合金材料层与Cr-Ag合金镀层具有相似的晶格，Cr-M合金材料层好Cr-Ag合金镀层的界面结合能力也非常好，避免由于双层结构对于结合力造成影响；第二、一致性好，Cr-Ag合金镀层采用复合电镀的方式，电镀过程太过控制原料配比、电流密度、电压、电极间距和体系调焦（pH、搅拌速度）即可快速高效实现下电极层与衬底的结合，相对于磁控溅射的方式其可控性、一致性更强；第三、内阻小，下电极层采用镀覆在衬底层的Cr-Ag合金镀层和Cr-M合金材料层的结构，Cr-M合金材料层相对于纯相金属层具有更高的强度和结合能力，也不会产生诸如Cu的氧化或者硫化对于界面接触内阻的影响，有效提升了器件的内阻；第四、使用寿命长，由于器件结构显著增强了下电极层与第一GeSbTe材料层、第二GeSbTe材料层与上电机层的结合能力，有效降低了彼此之间的界面接触内阻，晶态电阻从100欧姆左右的水平下降到70至80欧姆的水平，非晶态电阻仅为1000欧姆左右，有效降低了写电流与擦除电流明显的开关特性，有效延长了其使用寿命；第五、结构稳定性好，石墨烯层采用石墨烯-Al-Al2O3粉末复合粉体材料层方式，石墨烯增强Al合金的导热性，避免纯石墨烯薄膜的高成本，同时石墨烯增强后的铝合金具有优异的综合性能，提升了器件的结构稳定性；第六、自洁性好，在保护层采用双层结构，致密性的梯度使疏水性的SiO2薄膜具有良好的防尘能力，更耐擦洗，有效保证了器件使用的可靠性。附图说明附图1为本专利技术一种结合能力强、低阻值的GeSbTe相变材料薄膜器件总体的的膜层结构示意图；附图中标记包括：100、衬底层，200、下电极层,201、Cr-Ag合金镀层，202、Cr-M合金材料层，300、第一GeSbTe材料层，400、二硫化钼层，500、第二GeSbTe材料层，600、石墨烯层，700、上电极层，800、保护层。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本专利技术的技术方案，下面结合实施例及附图对本专利技术产品作进一步详细的说明。如图1所示，本专利技术公开了一种结合能力强、低阻值的GeSbTe相变材料薄膜器件，包括100、下电极层200、第一GeSbTe材料层300、二硫化钼层400、第二GeSb本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种结合能力强、低阻值的GeSbTe相变材料薄膜器件，包括下电极层、第一GeSbTe材料层、二硫化钼层、第二GeSbTe材料层、石墨烯层、上电极层和保护层，所述下电极层、第一GeSbTe材料层、二硫化钼层、第二GeSbTe材料层、石墨烯层、上电极层、保护层依次设置叠加在所述为衬底层上，其特征在于：/n所述下电极层为双层复合结构，所述下电极层包括镀覆在衬底层的Cr-Ag合金镀层和设置在Cr-Ag合金镀层表面的Cr-M合金材料层，Cr-M合金材料层中M为Mn、Ta、TaN、Ti、W、Ni、Al、Co或 Cu 中的一种。/n

【技术特征摘要】
1.一种结合能力强、低阻值的GeSbTe相变材料薄膜器件，包括下电极层、第一GeSbTe材料层、二硫化钼层、第二GeSbTe材料层、石墨烯层、上电极层和保护层，所述下电极层、第一GeSbTe材料层、二硫化钼层、第二GeSbTe材料层、石墨烯层、上电极层、保护层依次设置叠加在所述为衬底层上，其特征在于：
所述下电极层为双层复合结构，所述下电极层包括镀覆在衬底层的Cr-Ag合金镀层和设置在Cr-Ag合金镀层表面的Cr-M合金材料层，Cr-M合金材料层中M为Mn、Ta、TaN、Ti、W、Ni、Al、Co或Cu中的一种。


2.根据权利要求1所述的改进型基于GeSbTe相变材料的薄膜器件，其特征在于：所述石墨烯层为石墨烯-Al-Al2O3粉末复合粉体材料层，石墨烯-Al-Al2O3复合粉体材料层以石墨烯、Al合金、Al2O3粉末的合金粉体作为靶材磁控溅射沉积在所述第二GeSbTe材料层表面上。


3.根据权利要求2所述的改进型基于GeSbTe相变材料的薄膜器件，其特征在于：所述Cr-Ag合金镀层通过双阳离子复合电镀的方式同时把Cr和Ag致密沉积在所述衬底层上。


4.根据权利要求2所述的改进型基于GeSbTe相变材料的薄膜器件，其特征在于：石墨烯、Al合金、Al2O3粉末的合金粉体在的质量比例为石墨烯：Al:Mg...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈星源，徐祥福，朱伟玲，
申请(专利权)人：广东石油化工学院，
类型：发明
国别省市：广东;44