本发明专利技术涉及一种纳米复合相变材料及其制备方法、以及在相变存储器中的应用。其中，所述纳米复合相变材料包含：重量百分比为2-30％的介质材料TiO2和重量百分比为70-98％的相变材料Ge2Te3，由于Ge2Te3相变材料与TiO2在纳米尺度的均匀复合，相变材料分布在由介质材料TiO2形成的纳米框架结构中，一方面抑制了相变材料的结晶，提升了材料的晶化温度；另一方面相变材料的挥发得到了有效的抑制，组分偏析情况得到明显改善，增加了材料的稳定性。这种新型纳米复合相变薄膜应用到存储器中，可使相变存储器件的RESET电压降低，有利于实现高密度存储，提高相变存储器的编程过程中的加热效率，降低其功耗，提升数据保持能力、疲劳特性和抗辐照能力等。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种纳米复合相变材料、制备方法、及作为相变存储器的用途，尤其涉 及一种由Ge2I^3和TiA形成的纳米复合相变材料及其在相变存储器中的用途。
技术介绍
相变存储器(C-RAM)是一种新兴的半导体存储器，与目前已有的多种半导体存储 技术相比，包括常规的易失性技术，如静态随机存储器(SRAM)、动态随机存储器(DRAM)等， 和非易失性技术，如介电随机存储器(FeRAM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪速 存储器(FLASH)等，具有非易失性、循环寿命长(> IO13次)、元件尺寸小、功耗低、可多级 存储、高速读取、抗辐照、耐高低温(-55-125 )、抗振动、抗电子干扰和制造工艺简单(能 和现有的集成电路工艺相匹配)等优点。相变存储器(C-RAM)以硫系化合物为存储介质，利用电能(热量)使相变材料在 非晶态(高阻)与晶态(低阻)之间相互转化而实现信息的写入和擦除，信息的读出通过 测量电阻的状态来实现。在C-RAM研发中，常用的材料主要有fe2Sb2Ti55、Si2Sb2Te6、GeTe等， 这些材料一方面功耗较大，难以实现高密度存储，另一方面结晶温度较低，数据保持力得不 到保证，制约了其开发器件商用的进程。在新研发的材料中，Ge2I^3具有相变速度快，功耗 低，结晶温度高的特点。但这种材料的容易发生分相，相的分离使得器件的可靠性和稳定性 大打折扣。此外，在含Ge与Te元素的相变材料中，多次反复的高温写擦操作会导致材料内 部本身的成分偏析，而且Ge或Te向界面处偏析，并与活泼的电极材料反应的现象也被证实 是对器件可靠性的极大威胁。因此，如何提高其热稳定性和数据保持力以及防止元素扩散 就成了急需解决的问题。为了达到这一目的，通常的做法是对其进行掺杂改性。关于这方 面的工作已有大量的文献报道。纳米复合相变材料是一种新型的相变材料，它是指把相变材料与异质材料在纳米 尺度内复合，通过复合材料各组分间的“取长补短”，弥补单一相变材料的缺陷，从而达到 优化相变材料相变性能的目的。目前在相变材料研究中，已经报道的有SiA与GhSb2I^5 相变材料的复合，但由于SiA较小的介电常数以及复合材料较低的载流子迁移率，SiO2与 Ge2Sb2Te5复合相变材料的阈值电压较高。为了能够进一步提升器件的性能，寻找一种能够 同时降低阈值电压和RESET电压的介质材料显得尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种热稳定性高、热导率小、及介电常数大的纳米复合相 变材料。本专利技术的另一目的在于提供一种纳米复合相变材料的制备方法。本专利技术的再一目的在于提供一种相变过程的功耗低、稳定性高、且数据保持能力 强的相变存储器。本专利技术还有一目的在于提供一种性能优越的相变存储器的制备方法。为了达到上述目的及其他目的，本专利技术提供的纳米复合相变材料，包括重量百分 比为2-30%的介质材料TiO2、以及重量百分比为70-98%的相变材料Ge2Te315较佳的，在形成的复合材料中，所述相变材料Ge2I^3与介质材料TiA均勻分布。较佳的，所述相变材料Ge2I^3在复合材料中呈纳米级颗粒状，例如，纳米级球形颗 粒状，较佳的，直径可小于lOOnm。上述纳米复合材料的制备方法中包括采用Ge2I^3合金靶和TW2靶两靶同时溅射 的步骤。较佳的，溅射时，本底真空度小于10_4Pa，溅射气压为0. 18-0. 25 ，温度为室温， 加在Ge2I^3合金靶上为直流10-30瓦，加在TW2靶上为射频10_50瓦，溅射时间为10-20分 钟，沉积厚度为50-240nm。此外，本专利技术提供的相变存储器包括采用上述纳米复合相变材料作为存储介质的 纳米复合相变材料层。上述相变存储器的制备方法包括步骤1)在半导体衬底上制备第一金属电极层 及绝缘层，利用曝光-刻蚀工艺去除部分绝缘材料以形成至少一孔体；2)在具有孔状的半 导体衬底上采用Ge2I^3合金靶和TW2靶两靶同时溅射形成纳米复合相变材料薄膜，以使所 述纳米复合相变材料薄膜填充并覆盖各孔体；幻在形成有纳米复合相变材料薄膜的半导 体衬底上制备第二金属电极层；4)再次利用曝光-刻蚀工艺将部分第二金属电极层和纳米 复合相变材料薄膜一起刻去，以形成相变存储器。其中，所述半导体衬底可为(100)取向的硅衬底；所述曝光-刻蚀工艺采用的曝光 方法为电子束曝光，刻蚀方法为反应离子刻蚀。综上所述，本专利技术的纳米复合相变材料通过将Ge2I^3相变材料与TW2复合，可提 高材料的热稳定性，由其构成的相变存储器在相变过程中功耗小，器件的疲劳特性、稳定 性、数据保持能力、和功耗等性能都得以提升。附图说明图1至图5为本专利技术的相变存储器的制备方法流程图。图6为本专利技术的纳米复合相变材料的XRD图。图7为本专利技术的纳米复合相变材料的电阻率与温度关系图。图8为本专利技术的纳米复合相变材料的激活能9为本专利技术的相变存储器的电阻与电压关系图。具体实施例方式以下将结合附图对本专利技术进行详细说明。一 本专利技术的纳米复合相变材料由重量百分比为2-30%的介质材料TiO2、重量百 分比为70-98%的相变材料Ge2I^3组成。其中，在所述纳米复合相变材料中，所述相变材料 Ge2Te3与介质材料TW2在复合材料中分散均勻，且所述相变材料Ge2I^3呈纳米级颗粒状，较 佳的是，呈球形颗粒状，直径小于lOOnm。所述纳米复合相变材料的制备方法可采用半导体 沉积工艺制备，如溅射法、化学气相沉积法、激光脉冲沉积法、溶胶-凝胶法或离子注入法 中的任一种，以下以采用Ge2I^3合金靶和T^2靶两靶磁控共溅形成纳米复合相变薄膜为例来说明。首先，清洗(100)取向的硅衬底；接着，Ge2I^3合金靶和TW2靶两靶共溅射法制备 薄膜，其中，Ge2I^3和TW2的重量比可参考表1。表 权利要求1.一种纳米复合相变材料，其特征在于包括重量百分比为2-30%的介质材料TiO2、以及重量百分比为70-98%的相变材料Ge2Te3152.如权利要求1所述的纳米复合相变材料，其特征在于所述相变材料Ge2I^3和介质 材料TW2在复合材料中均勻分散。3.如权利要求1或2所述的纳米复合相变材料，其特征在于所述相变材料Ge2I^3在 复合材料中都呈纳米级颗粒状。4.如权利要求3所述的纳米复合相变材料，其特征在于所述相变材料Ge2I^3在复合 材料中呈球形颗粒状，直径小于lOOnm。5.一种纳米复合相变材料的制备方法，其特征在于包括采用Ge2Te3合金靶和T^2靶 两靶磁控共溅的步骤。6.如权利要求5所述的纳米复合相变材料的制备方法，其特征在于溅射时，本底真 空度小于10_4Pa，溅射气压为0. 18-0. 25Pa，温度为室温，加在Ge2I^3合金靶上的直流电源 为10-30瓦，加在TW2靶上的射频电源为10-50瓦，溅射时间为10-20分钟，沉积厚度为 50-240nm。7.—种相变存储器，其特征在于包括包括用作存储介质的纳米复合相变材料层，所 述纳米复合相变材料层的材料为权利要求1-4中任一一种。8.一种制备相变存储器的方法，其特征在于包括步骤1)在半导体衬底上制备第一金属电极层及绝缘层，利用曝光-刻蚀工艺去除部分绝缘 材料以形成至少一孔体；2)在具有孔状的半导体衬底上采用Ge2I本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种纳米复合相变材料，其特征在于包括：重量百分比为２－３０％的介质材料ＴｉＯ↓［２］、以及重量百分比为７０－９８％的相变材料Ｇｅ↓［２］Ｔｅ↓［３］。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吕业刚，宋三年，宋志棠，
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：31
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