相变存储材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种相变存储材料及其制备方法，其中，所述相变存储材料为掺N富锑Sb-Te相变存储材料，所述富锑Sb-Te相变存储材料的化学通式为SbxTe，x≥0.5。相较于现有技术，所述掺N富锑Sb-Te相变存储材料具有结晶温度高、热稳定性好、数据保持力强以及功耗低等优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及存储器领域，特别涉及一种应用于存储器件的掺N富锑Sb-Te。
技术介绍
在半导体市场中，存储器(例如DRAM和FLASH)占有重要席位，随着便携式电子设备的逐步普及，非挥发性存储器的市场将会不断扩大，消费者们对存储器容量、速度等各方面的要求也会逐渐升高，而作为非挥发性存储器的主流存储器，FLASH技术的发展已经达到瓶颈，随着集成电路的不断发展，FLASH的技术弱点开始变得突出。写入速度慢，写入电压高、循环次数有限等缺点直接限制了其进一步应用。所以急需要一种新的存储技术来代替，使得存储技术能都继续稳步地朝着小尺寸方向发展。相变存储器(PC-RAM)是近年来兴起的一种非挥发半导体存储器，它利用相变复 合材料作为存储介质来实现数据存储，具有广阔的应用前景，是目前存储器研究的一个热点，被认为最有希望成为下一代主流存储器。它与目前已有的多种半导体存储技术相比，具有低功耗，高密度、抗辐照、非易失性、高速读取、循环寿命长(> IO13次)、器件尺寸可缩性(纳米级)，耐高低温(_55°C至125°C )、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，是目前被工业界广泛看好的下一代存储器中最有力的竞争者，拥有广阔的市场前景。相变存储器(PC-RAM)大多以硫系化合物为存储介质，在相变存储器研发中，常用的相变存储材料主要有Ge2Sb2Te5、Si2Sb2Te6等锗-锑-碲(Ge-Sb-Te，GST)混合物，故而又称为硫系化合物随即存储器。具体地，可以利用电脉冲或光脉冲产生的焦耳热使相变存储材料在非晶态(高阻)与晶态(低阻)之间发生可逆相变而实现数据的写入和擦除，数据的读出则通过测量电阻的状态来实现，相变就是利用高低电阻态之间的电阻差来实现“0”和“I”的存储的。如授权公告号为CN100590903C中国专利技术专利文献揭示了一种用于相变存储器的Si-Te-Sb系列相变薄膜材料。相变存储器中，以Sb-Te系列相变存储材料为例，其在结晶过程以晶粒生长占主导，因此相变速率快，而且熔点比Ge-Sb-Te系列相变存储材料要低，因此所需功耗低。然而，Sb-Te系列相变材料同时也存在结晶温度低，热稳定性差，数据保持力差等缺点。即使是结晶温度比Sb2Te3的高的富锑Sb-Te系列相变存储材料，其数据保持力依然不理想。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种掺N富锑Sb-Te的，用于解决现有技术中普通的Sb-Te系列相变存储材料结晶温度低，热稳定性差，数据保持性能较弱等问题。本专利技术提供一种相变存储材料，所述相变存储材料是在富锑Sb-Te相变存储材料中掺有N，其中，所述富锑Sb-Te相变存储材料的化学通式为SbxTe, x > 0. 5。可选地，掺入的N与Sb成键或者以N原子的形式存在于Sb-Te的晶胞的间隙位置。可选地，所述相变存储材料的结晶温度随着掺N含量的增加而升高，其范围为130。。至 300 0C o可选地，所述掺N富锑Sb-Te相变存储材料采用电脉冲作用实现电阻率的可逆转变。可选地，所述掺N富锑Sb-Te相变存储材料采用激光脉冲作用实现光学反射率的可逆转变。本专利技术另提供一种获取上述相变存储材料的制备方法，包括利用射频磁控溅射工艺，在SbxTe靶溅射的过程中通入N2的方法制备掺N富锑Sb-Te相变材料薄膜，其中所述富锑Sb-Te相变存储材料的化学通式为SbxTe, x彡0. 5。 可选地，所述射频磁控溅射工艺的参数包括本底真空度小于2*10_4Pa，溅射气体为Ar，溅射气压为0. 21Pa至0. 22Pa，溅射时间为15分钟至80多少分钟，沉积薄膜厚度为60nm 至 320nm。可选地，所述N2的流量为OSCCM至10SCCM。可选地，所述相变存储材料的结晶温度随着队流量的增加而升高，其范围为130°C至 300。。。本专利技术提供的相变存储材料，是在富锑Sb-Te相变存储材料中掺入N，使得相变存储材料的结晶温度大幅度提高，提升了富锑Sb-Te相变存储器件的稳定性(即便在高温环境中依然能够正常工作)以及数据保持力。且，随着掺入N含量越多，结晶温度越高，数据保持力越好。另外，掺入的N与Sb成键或者以N原子的形式存在于Sb-Te的晶胞的间隙位置，氮化物存储在富锑Sb-Te晶粒的边界，抑制了晶粒的增长，从而使得载流子受到晶界散射的几率增大，迁移率下降，在非晶态与晶态下的电阻均有所增加，晶态电阻的增加利于降低Reset所需功耗。再有，掺N后相变存储材料薄膜在相变前后的体积变化减小，提高了器件的疲劳特性。附图说明图I显示了不同N2流量下的方块电阻-温度的关系曲线；图2显示了本专利技术掺N富锑Sb-Te相变存储材料的在不同温度下保持的时间；图3显示了本专利技术掺N富锑Sb-Te相变存储材料的结晶激活能以及10年保持温度。具体实施例方式本专利技术的专利技术人发现在现有的相变存储器中，广泛采用的Sb-Te系列相变存储材料存在结晶温度低，热稳定性差，数据保持性能较弱等问题。因此，本专利技术的专利技术人对现有技术进行了改进，提出了一种新型的，所述相变存储材料是在富锑Sb-Te相变存储材料(SbxTe，x ^ 0. 5)中掺有N，使得相变存储材料的结晶温度大幅度提高，提升了富锑Sb-Te相变存储器件的稳定性以及数据保持力。本方法据此还提供了制备上述相变存储材料的方法。以下将通过具体实施例来对专利技术进行详细说明。下面结合图示更完整的描述本专利技术，本专利技术提供的优选实施例，但不应被认为仅限于在此阐述的实施例中。在图中，为了更清楚的反应结构，适当放大了层和区域的厚度，但作为示意图不应该被认为严格反映了几何尺寸的比例关系。参考图是本专利技术的示意图，图中的表示只是示意性质的，不应该被认为限制本专利技术的范围。本专利技术提供一种在富锑Sb-Te相变存储材料中掺有N的相变存储材料，其中，所述富锑Sb-Te相变存储材料的化学通式为SbxTe, x彡0. 5。现以Sb2Te相变存储材料为例进行说明。在本实施例中，利用射频磁控溅射工艺，采用在Sb2Te合金靶溅射的过程中通入N2的方法制备而成。具体地，射频磁控溅射工艺的 参数包括本底真空度小于2*10_4Pa，在溅射过程中通入纯度为99. 999%的Ar，Ar的流量固定在 20 标准状态毫升 / 分钟(Standard Cubic Centimeter per Minute, SCCM),灘射气压为0. 21Pa至0. 22Pa。Sb2Te合金靶采用射频电源，Sb2Te靶起辉后，再通入N2, N2的流量为OSCCM至10SCCM。通过控制通入N2的流量来获得不同掺N含量的Sb2Te相变存储材料。所述N2的流量范围可以是OSCCM至10SCCM，优选地，在本实施例中，N2的流量分别为ISCCM和2SCCM。溅射时间优选为30分钟，得到的相变存储材料薄膜厚度为120nm左右。本专利技术所述的用于相变存储器的掺N富锑Sb-Te相变存储材料在外部能量(例如为热驱动、电子束驱动、电脉冲驱动或者激光驱动)的作用下实现电阻率和光学反射率的可逆转变。图I显示了不同N2流量下的方块电阻-温度的关系曲线。请参阅图1，测试所用的升温速率为60°C /min，纯的Sb2Te的结晶温度为149°C，虽然比Sb2Te3的结晶温度要高，但是仍然本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种相变存储材料，其特征在于：在富锑Sb？Te相变存储材料中掺有N，其中，所述富锑Sb？Te相变存储材料的化学通式为SbxTe，x≥0.5。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：朱敏，吴良才，宋志棠，饶峰，彭程，
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：