專利名稱：一種Sb-Te-Ti相變存儲材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及相變材料及其制備方法，尤其是可用于相變存儲器的Sb-Te-Ti相變薄膜材料。
背景技術(shù)：
相變存儲器(PCRAM)原理是以硫系化合物為存儲介質(zhì)，利用電能(熱量)使材料在晶態(tài)(低阻)與非晶態(tài)(高阻)之間相互轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)信息的寫入與擦除，信息的讀出靠測量電阻的大小，比較其高阻“1”還是低阻“0”來實(shí)現(xiàn)的。Sb-Te系列相變材料結(jié)晶過程以晶粒生長占主導(dǎo)，因此相變速率快，而且熔點(diǎn)比 GST(Ge2Sb2Te5)低，因此所需功耗低。然而Sb-Te系列相變材料同時也存在結(jié)晶溫度低，熱穩(wěn)定性差，數(shù)據(jù)保持力差等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的主要在于提供一種用于相變存儲器的Sb-Te-Ti相變材料，以提高相變材料的熱穩(wěn)定性、非晶態(tài)電阻，降低材料的Reset電流與熔化溫度等。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)一種用于相變存儲器的Sb-Te-Ti相變存儲材料，是在Sb-Te相變材料的基礎(chǔ)上摻入Ti而成，其化學(xué)通式為SbxTeyTi1QQ_x_y，其中0<x<80，0<y< 100-χο本發(fā)明化學(xué)通式中元素的右下角部分代表摩爾比。較佳的，所述χ的取值范圍為45彡χ彡72，y的取值范圍為5彡y彡45。所述Sb-Te-Ti相變存儲材料中，摻入的Ti與Sb、Te均成化學(xué)鍵。較佳的，所述Sb-Te-Ti相變存儲材料為Sb-Te-Ti相變薄膜材料。優(yōu)選的，所述 Sb-Te-Ti相變薄膜材料的厚度為100-250nm。較佳的，所述Sb-Te-Ti相變存儲材料采用電脈沖作用實(shí)現(xiàn)電阻率的可逆轉(zhuǎn)變。較佳的，所述Sb-Te-Ti相變存儲材料采用激光脈沖作用實(shí)現(xiàn)光學(xué)反射率的可逆轉(zhuǎn)變。所述Sb-Te-Ti相變存儲材料的結(jié)晶溫度得到大幅度提升，熱穩(wěn)定性增強(qiáng)，數(shù)據(jù)保持力增強(qiáng)。所述Sb-Te-Ti相變存儲材料的非晶態(tài)電阻降低，晶態(tài)電阻升高。本發(fā)明的Sb-Te-Ti相變存儲材料的制備方法，包括如下步驟按照化學(xué)通式釙xTeyTi1QQ_x_y中釙和k的配比采用^Jey合金靶以及Ti靶共濺射獲得所述Sb-Te-Ti相變存儲材料。較佳的，所述共濺射的濺射條件為在共濺射過程中同時通入純度為99. 999%以上的Ar氣，SbxTey合金靶采用射頻電源，Ti靶采用直流電源。優(yōu)選的，所述射頻電源功率為25W，所述直流電源功率為15W。較佳的，共濺射時，所述SbxTey合金靶起輝后，再打開Ti靶電源。
較佳的，所述共濺射的時間為15分鐘-50分鐘。所獲得的Sb-Te-Ti相變存儲材料為相變薄膜材料，其薄膜的厚度為 100nm-250nm。本發(fā)明所使用的濺射儀器為本領(lǐng)域現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)的濺射裝置。本發(fā)明的有益結(jié)果在于本發(fā)明在Sb-Te相變存儲材料的基礎(chǔ)上摻入Ti，Ti與Sb、Te均成鍵，摻Ti后所得的Sb-Te-Ti相變存儲材料的結(jié)晶溫度升高，數(shù)據(jù)保持力提升，熱穩(wěn)定性增強(qiáng)。晶態(tài)電阻升高，Reset功耗降低。


圖1為實(shí)施例1中不同升溫速率的Sb6tlTe3Jiltl薄膜的方塊電阻與溫度的關(guān)系曲線。圖2為實(shí)施例1中Sb6ciI^3ciTiltl薄膜在不同溫度下保持的時間。圖3為實(shí)施例1中Sb6tlTe3tlTiltl薄膜的結(jié)晶激活能以及10年保持溫度。圖4為實(shí)施例1中基于Sb6tlT^lTiltl薄膜的相變器件單元的電壓-電阻曲線。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)一步闡述本發(fā)明，應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。實(shí)施例1制備Sb6Je3ciTiltl納米復(fù)合相變材料本實(shí)施例中的納米復(fù)合相變材料采用Sb6tlTe3tl合金靶與Ti靶共濺射獲得。其具體制備條件為在共濺射過程中同時通入純度為99. 999%的Ar氣，Sb6Je3tl靶采用射頻電源， Ti靶采用直流電源，所采用的射頻電源功率為25W，所采用的直流電源功率為15W。Sb2Te靶起輝后，再打開Ti靶電源。共濺射時間為20分鐘，薄膜厚度大約在170nm。將本實(shí)施例所獲得的Sb6J^3ciTiici納米復(fù)合相變材料經(jīng)檢測獲得圖1-3 圖1為不同升溫速率的Sb6Je3Jiltl方塊電阻與溫度的關(guān)系曲線圖。所用的升溫速率分別從10°c /min-50°c /min。在升溫速率10°C /min為純的Sb6Je3tl的結(jié)晶溫度大約為130°C，摻入Ti后，結(jié)晶溫度大約為212°C，比原來的高80多度。升溫速率越高，結(jié)晶溫度越高，這是由于升溫速率快，原子來不及擴(kuò)散，因此結(jié)晶所需的時間變長。圖2為Sb6tlT^1Tiltl薄膜在不同溫度下保持的時間圖。保持力是相變材料致關(guān)重要的一個特性，是衡量此相變材料能不能直接應(yīng)用的重要參數(shù)之一。由上面討論可知， Sb60Te30Ti10的結(jié)晶溫度為212°C，因此取保持力的測試溫度點(diǎn)分別為195°C、200°C、205°C、 210°C，參見圖2。這是由于保持力的測試溫度點(diǎn)必須在結(jié)晶溫度以下，保持力是用來表征非晶態(tài)的熱穩(wěn)定性，當(dāng)測試溫度點(diǎn)高于結(jié)晶溫度時在升溫的過程中相變材料已經(jīng)結(jié)晶，因此不能測試出此非晶態(tài)的保持時間。這里失效時間的定義為當(dāng)薄膜電阻下降到剛升到測試溫度點(diǎn)所對應(yīng)的初始電阻的一半所對應(yīng)的時間。經(jīng)測試可得，在195°C、200°C、205°C、210°C所對應(yīng)的失效時間分別為1560s、610s、275s、70s，即溫度越低，失效時間越長。圖3中，根據(jù)阿列紐斯公式可以推算出保持時間所對應(yīng)的溫度為137°C，比GST(850C )高52°C。汽車電子10年保持力為120度，因此基于Sb6Je3ciTiltl相變材料的相變存儲器能夠滿足這種需求。在得到10年保持溫度的同時，我們也可以得到Sb6tlT^lTiltl結(jié)晶激活能。Sb6tlTe3Jiltl的結(jié)晶激活能為3. kv，相比于GST (2. ;3ev) ^ 1. 2ev0結(jié)晶激活能的增加有利于非晶態(tài)的熱穩(wěn)定性。圖4為實(shí)施例1中基于Sb6tlT^lTiltl薄膜的相變器件單元的電壓-電阻曲線。測試所用電壓脈沖為300ns，脈沖下降沿為30ns。從圖4可知，從非晶到多晶所需的電壓為 1. IV，從晶態(tài)到非晶所需的電壓為3. 5V。因此本實(shí)施例的Sb6Je3Jiltl納米復(fù)合相變材料可以在電壓脈沖作用實(shí)現(xiàn)可逆相變。本實(shí)施例的Sb6Je3Jiltl納米復(fù)合相變材料在脈沖激光加熱條件下，其結(jié)構(gòu)可在非晶與多晶之間可逆轉(zhuǎn)變，從而實(shí)現(xiàn)光學(xué)反射率的可逆轉(zhuǎn)變。實(shí)施例2制備Sb72Te18Tiltl納米復(fù)合相變材料本實(shí)施例中的納米復(fù)合相變材料采用Sb72Tew合金靶與Ti靶共濺射獲得。其具體制備條件為在共濺射過程中同時通入純度為99. 999%的Ar氣，Sb72Tew靶采用射頻電源， Ti靶采用直流電源，所采用的射頻電源功率為25W，所采用的直流電源功率為15W。Sb72Te18 靶起輝后，再打開Ti靶電源。共濺射時間為30分鐘，薄膜厚度大約在200nm。將本實(shí)施例所獲得的Sb72Te18Tiltl納米復(fù)合相變材料經(jīng)檢測可知從所獲得的Sb72Te18Tiltl納米復(fù)合相變材料不同升溫速率的Sb8tlTeiciTiltl方塊電阻與溫度的關(guān)系曲線圖可知升溫速率越高，結(jié)晶溫度越高。所獲得的Sb72Te18Tiltl納米復(fù)合相變材料的測試溫度越低，失效時間越長。所獲得的Sb72Te18Tiltl納米復(fù)合相變材料具有10年的保持溫度，在得到10年保持溫度的同時，Sb72Te18Tiltl的結(jié)晶激活能遠(yuǎn)高于GST(2.;3ev)。結(jié)晶激活能的增加有利于非晶態(tài)的熱穩(wěn)定性。所獲得的Sb72Te18Tiltl納米復(fù)合相變材料可以在電壓脈沖作用實(shí)現(xiàn)可逆相變；在脈沖激光加熱條件下，其結(jié)構(gòu)可在非晶與多晶之間可逆轉(zhuǎn)變，從而實(shí)現(xiàn)光學(xué)反射率的可逆轉(zhuǎn)變。實(shí)施例3制備Sb5Je3ciTi2tl納米復(fù)合相變材料本實(shí)施例中的納米復(fù)合相變材料采用Sb5tlTe3tl合金靶與Ti靶共濺射獲得。其具體制備條件為在共濺射過程中同時通入純度為99. 999%的Ar氣，Sb5Je3tl靶采用射頻電源， Ti靶采用直流電源，所采用的射頻電源功率為25W，所采用的直流電源功率為15W。Sb2Te靶起輝后，再打開Ti靶電源。共濺射時間為50分鐘，薄膜厚度大約在250nm。將本實(shí)施例所獲得的Sb5ciTe53tlTi^1納米復(fù)合相變材料經(jīng)檢測可知從所獲得的Sb5tlI^ciTi2tl納米復(fù)合相變材料不同升溫速率的Sb5ciTe53ciTi^1方塊電阻與溫度的關(guān)系曲線圖可知升溫速率越高，結(jié)晶溫度越高。所獲得的Sb5ciTe53tlTi^1納米復(fù)合相變材料的測試溫度越低，失效時間越長。所獲得的Sb5Je3tlTi^l納米復(fù)合相變材料具有10年的保持溫度，在得到10年保持溫度的同時，Sb5tlTe3Ji2tl的結(jié)晶激活能遠(yuǎn)高于GST(2.;3ev)。結(jié)晶激活能的增加有利于非晶態(tài)的熱穩(wěn)定性。
所獲得的Sb5Je3Ji2tl納米復(fù)合相變材料可以在電壓脈沖作用實(shí)現(xiàn)可逆相變；在脈沖激光加熱條件下，其結(jié)構(gòu)可在非晶與多晶之間可逆轉(zhuǎn)變，從而實(shí)現(xiàn)光學(xué)反射率的可逆轉(zhuǎn)變。實(shí)施例4制備Sb45Te45Tiltl納米復(fù)合相變材料本實(shí)施例中的納米復(fù)合相變材料采用Sb45Te45合金靶與Ti靶共濺射獲得。其具體制備條件為在共濺射過程中同時通入純度為99. 999%的Ar氣，Sb45Te45靶采用射頻電源， Ti靶采用直流電源，所采用的射頻電源功率為25W，所采用的直流電源功率為15W。Sb45Te45 靶起輝后，再打開Ti靶電源。共濺射時間為15分鐘，薄膜厚度大約在lOOnm。將本實(shí)施例所獲得的Sb45I^45Tiltl納米復(fù)合相變材料經(jīng)檢測可知從所獲得的Sb45I^45Tiltl納米復(fù)合相變材料不同升溫速率的Sb45I^45Tiltl方塊電阻與溫度的關(guān)系曲線圖可知升溫速率越高，結(jié)晶溫度越高。所獲得的Sb45I^45Tiltl納米復(fù)合相變材料的測試溫度越低，失效時間越長。所獲得的Sb45Te45Tiltl納米復(fù)合相變材料具有10年的保持溫度，在得到10年保持溫度的同時，Sb45Te45Tiltl的結(jié)晶激活能遠(yuǎn)高于GST(2.;3eV)。結(jié)晶激活能的增加有利于非晶態(tài)的熱穩(wěn)定性。所獲得的Sb45Te45Tiltl納米復(fù)合相變材料可以在電壓脈沖作用實(shí)現(xiàn)可逆相變；在脈沖激光加熱條件下，其結(jié)構(gòu)可在非晶與多晶之間可逆轉(zhuǎn)變，從而實(shí)現(xiàn)光學(xué)反射率的可逆轉(zhuǎn)變。實(shí)施例5制備Sb69Te23Ti8納米復(fù)合相變材料本實(shí)施例中的納米復(fù)合相變材料采用Sb69I^3合金靶與Ti靶共濺射獲得。其具體制備條件為在共濺射過程中同時通入純度為99. 999%的Ar氣，Sb69I^3靶采用射頻電源， Ti靶采用直流電源，所采用的射頻電源功率為25W，所采用的直流電源功率為15W。Sb69Te23 靶起輝后，再打開Ti靶電源。共濺射時間為20分鐘，薄膜厚度大約在160nm。將本實(shí)施例所獲得的Sb69Te23Ti8納米復(fù)合相變材料經(jīng)檢測可知從所獲得的Sb69Te23Ti85納米復(fù)合相變材料不同升溫速率的Sb69I^23Ti8方塊電阻與溫度的關(guān)系曲線圖可知升溫速率越高，結(jié)晶溫度越高。所獲得的Sb69Te23Ti8納米復(fù)合相變材料的測試溫度越低，失效時間越長。所獲得的Sb69Te23Ti8納米復(fù)合相變材料具有10年的保持溫度，在得到10年保持溫度的同時，Sb69Te23Ti8的結(jié)晶激活能遠(yuǎn)高于GST(2. 3ev)。結(jié)晶激活能的增加有利于非晶態(tài)的熱穩(wěn)定性。所獲得的Sb69Te23Ti8納米復(fù)合相變材料可以在電壓脈沖作用實(shí)現(xiàn)可逆相變；在脈沖激光加熱條件下，其結(jié)構(gòu)可在非晶與多晶之間可逆轉(zhuǎn)變，從而實(shí)現(xiàn)光學(xué)反射率的可逆轉(zhuǎn)變。本發(fā)明實(shí)施例的描述和應(yīng)用是說明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實(shí)施例中。這里所披露的實(shí)施例的變形和改變是可能的，對于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說實(shí)施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是，在不脫離本發(fā)明的精神或本質(zhì)特征的情況下，本發(fā)明可以以其他形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其他基底、材料和部件來實(shí)現(xiàn)。在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下，可以對這里所披露的實(shí)施例進(jìn)行其他變形和改變。
權(quán)利要求
1.一種用于相變存儲器的Sb-Te-Ti相變存儲材料，為在Sb-Te相變存儲材料中摻入 Ti 而成，其化學(xué)通式為 SbxTeyT i1QQ_x_y，其中 0<x<80，0<y< 100-χο
2.如權(quán)利要求1所述的用于相變存儲器的Sb-Te-Ti相變存儲材料，其特征在于，χ的取值范圍為45彡χ彡72，y的取值范圍為5彡y彡45。
3.如權(quán)利要求1所述的用于相變存儲器的Sb-Te-Ti相變存儲材料，其特征在于，所述 Sb-Te-Ti相變存儲材料采用電脈沖作用實(shí)現(xiàn)電阻率的可逆轉(zhuǎn)變。
4.如權(quán)利要求1所述的用于相變存儲器的Sb-Te-Ti相變存儲材料，其特征在于，所述 Sb-Te-Ti相變存儲材料采用激光脈沖作用實(shí)現(xiàn)光學(xué)反射率的可逆轉(zhuǎn)變。
5.如權(quán)利要求1所述的用于相變存儲器的Sb-Te-Ti相變存儲材料，其特征在于，所述 Sb-Te-Ti相變存儲材料為Sb-Te-Ti相變薄膜材料。
6.如權(quán)利要求1-5任一所述的用于相變存儲器的Sb-Te-Ti相變存儲材料的制備方法， 包括如下步驟按照化學(xué)通式SbxTeyTi1QQ_x_y中Sb和k的配比采用SbxTey合金靶以及Ti靶共濺射獲得所述Sb-Te-Ti相變存儲材料。
7.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述共濺射的濺射條件為在共濺射過程中同時通入純度為99. 999%以上的Ar氣，SbxTey合金靶采用射頻電源，Ti靶采用直流電源。
8.如權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，共濺射時，所述SbxTey合金靶起輝后， 再打開Ti靶電源。
9.如權(quán)利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述射頻電源功率為25W，所述直流電源功率為15W ；所述共濺射的時間為15-50分鐘。
10.如權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所獲得的Sb-Te-Ti相變存儲材料為相變薄膜材料，其薄膜的厚度為100nm-250nm。
全文摘要
本發(fā)明涉及相變材料及其制備方法，尤其是可用于相變存儲器的Sb-Te-Ti相變薄膜材料。本發(fā)明的Sb-Te-Ti新型相變存儲材料，是在Sb-Te相變材料的基礎(chǔ)上摻入Ti而成，摻入的Ti與Sb、Te均成鍵，其化學(xué)通式為SbxTeyTi100-x-y，其中0＜x＜80，0＜y＜100-x?，F(xiàn)有的Sb-Te相變材料結(jié)晶過程以晶粒生長占主導(dǎo)，因此相變速率快，然而保持力不能滿足工業(yè)要求。本發(fā)明的Sb-Te-Ti新型相變存儲材料的結(jié)晶溫度得到大幅度地升高，保持力提升，熱穩(wěn)定性增強(qiáng)；同時，非晶態(tài)電阻降低，晶態(tài)電阻升高；可廣泛應(yīng)用于相變存儲器。
文檔編號C23C14/34GK102268738SQ201110196219
公開日2011年12月7日 申請日期2011年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月13日
發(fā)明者劉波, 吳良才, 宋三年, 宋志棠, 封松林, 彭程, 朱敏, 饒峰 申請人:中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所