一种TiSbTe相变存储材料、制备方法及其应用技术

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及存储器领域，特别是涉及一种相变存储材料、其制备方法及基于该相变存储材料的相变存储单元。
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(>1013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。相变存储器是基于S. R. Ovshinsky在20世纪60年代末提出的奥弗辛斯基电子效应的存储器(Ovshinsky S R. Reversible electrical switching phenomena indiscovered structure. Phys. Rev. Lett. , 1968, 21 (20) : 1450),相变存储器的关键材料是作为存储介质的相变薄膜、加热电极材料、绝缘材料、和引出电极材料等。利用相变薄膜作为相变存储器核心存储介质的研究可以追溯到1970年代，但由于当时微电子工艺技术的限制，并没有开发出可商用的相变存储器。Ovshinsky于1992年提出了基于电学信号的可擦写相变存储器的专利(美国专利，专利号5166758)，以硫族化合物Ge-Sb-Te合金薄膜作为相变存储器的存储介质。直至目前为止，相变存储器(PC-RAM)大多仍以硫系化合物为存储介质，故而又称为硫系化合物随即存储器。相变存储器的基本原理是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与晶态之间产生可逆转变，利用材料在高电阻值的非晶态和低电阻值的晶态之间的电阻差异来实现数据存储，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“I”和“O”的存储。TiSbTe相变存储材料相对于Sb-Te系列相变存储材料而言，不仅保持了快速相变的特点，而且提高了材料的热稳定性以及可逆相变特性。不足的是TiSbTe相变存储材料的非晶态电阻值过低，导致非晶态电阻与晶态电阻比值太小，且小于2个数量级，非常不利于相变存储器中“ I”和“O”的区分。鉴于此，有必要提供一种新的相变存储材料、制备方法及其应用以解决上述问题。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种TiSbTe相变存储材料、制备方法及其应用，用于解决现有技术中TiSbTe相变存储材料的非晶态电阻与晶态电阻比值太小不利于相变存储器中“ I”和“O”的区分的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种TiSbTe相变存储材料的制备方法，所述制备方法至少包括以下步骤通入惰性气体和掺杂源，按照化学通式Ti1^SbxTey中Sb和Te的配比采用SbxTey合金靶以及Ti靶共溅射，获得经掺杂的TiSbTe相变存储材料，其中，0〈x〈0. 8，0〈y〈l-x。可选地，所述掺杂源与惰性气体的流量比值小于1/4。可选地，所述掺杂源的流量大于Osccm且小于等于5sCCm，所述惰性气体的流量大于Osccm且小于等于20sccm。·可选地，所述掺杂源为含元素N、O或C中任意一种的掺杂源。可选地，所述惰性气体至少包括Ar气。可选地，在共溅射过程中，SbxTey合金靶采用射频电源或直流电源，Ti靶采用射频电源或直流电源。可选地，所述SbxTey合金靶采用的电源功率为1(Γ30 W，所述Ti靶采用的电源功率为15 30W。可选地，共溅射时间为I 40min时，所述TiSbTe相变存储材料的厚度为5 200nm。可选地，共溅射时间为2 20min时，所述TiSbTe相变存储材料的厚度为l(Tl00nm。本专利技术还提供一种采用上述制备方法获得的TiSbTe相变存储材料，所述TiSbTe相变存储材料为经掺杂的TiSbTe相变存储材料，其化学通式为Ti^ySbxTey,其中，0〈x〈0. 8,0〈y〈l_x。可选地，所述TiSbTe相变存储材料中掺杂的元素为N、O或C中的任意一种。可选地，所述TiSbTe相变存储材料的厚度为5 200nm。可选地，所述TiSbTe相变存储材料的厚度为l(Tl00nm。本专利技术还提供一种采用上述TiSbTe相变存储材料制备的相变存储单元。如上所述，本专利技术的一种TiSbTe相变存储材料、制备方法及其应用，具有以下有益效果与现有技术中未经掺杂的TiSbTe相变存储材料相比较而言，本专利技术的TiSbTe相变存储材料中存在掺杂元素，使其非晶态电阻值得到显著地提升，从而大幅度地扩大非晶态电阻与晶态电阻比值，并且非晶态电阻值随着掺杂元素含量的增加而增大，其中，掺杂元素的含量由溅射过程中的掺杂源与惰性气体的流量比值决定；同时本专利技术进一步提高了TiSbTe相变存储材料的结晶温度，增强数据热稳定性；另外，经掺杂的TiSbTe相变存储材料中晶粒变小，一方面有利于加速结晶，另一方面使基于本专利技术的TiSbTe相变存储材料的相变存储单元具有非常快的Set操作速度(一般ns数量级)和高的重复操作次数。附图说明图I显示为现有技术与本专利技术实施例中不同N掺杂元素含量的Tia5Sb2Te3相变存储材料的方块电阻与温度的关系曲线示意图，其中，升温速率为10°c /min。图2显示为现有技术与本专利技术实施例中基于Tia5Sb2Te3相变存储材料的相变存储单元的电阻与电压关系曲线示意图，其中，本专利技术的Tia 5Sb2Te3相变存储材料掺杂N元素，掺杂源N2气的流速为O. 5sccm,惰性气体Ar气的流速为20sccm。具体实施例方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图I及图2。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。TiSbTe相变存储材料相对于Sb-Te系列相变存储材料而言，不仅保持了快速相变的特点，而且提高了材料的热稳定性以及可逆相变特性。不足的是TiSbTe相变存储材料的非晶态电阻值过低，导致非晶态电阻与晶态电阻比值太小，小于2个数量级，非本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种TiSbTe相变存储材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法至少包括以下步骤：通入惰性气体和掺杂源，按照化学通式Ti1?x?ySbxTey中Sb和Te的配比采用SbxTey合金靶以及Ti靶共溅射，获得经掺杂的TiSbTe相变存储材料，其中，0

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴良才，朱敏，纪兴龙，宋志棠，饶峰，封松林，
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：