到1X10_4 Pa。
[0029]使用高純氬氣(體積百分比達到99.999%)作為濺射氣體，設(shè)定Ar氣流量為30SCCM，并將濺射氣壓調(diào)節(jié)至0.3Pa。
[0030]設(shè)定射頻電源的濺射功率為20W?50W (本實施例中為30W)。
[0031]③磁控濺射制備[GebVSMb)],#層復(fù)合薄膜。
[0032]首先清潔Ge靶材和Sb靶材表面。將空基托旋轉(zhuǎn)到Ge靶位，打開Ge靶位上的直流電源，設(shè)定濺射時間100s，開始對Ge靶材表面進行濺射，清潔Ge靶材表面；Ge靶材表面清潔完畢后，關(guān)閉Ge靶位上施加的射頻電源，將空基托旋轉(zhuǎn)到Sb靶位，開啟Sb靶位上的射頻電源，設(shè)定濺射時間100s，開始對Sb靶材表面進行濺射，清潔Sb靶材表面，Sb靶材表面清潔完畢后，關(guān)閉Sb靶位上施加的直流電源，將待濺射的Si02/Si (100)基片旋轉(zhuǎn)到Ge靶位。
[0033]然后開始濺射第一個交替周期的Ge層:打開Ge靶位上的射頻電源，設(shè)定Ge層濺射速率為1.44s/nm，濺射時間7.2s，濺射結(jié)束后得到5nm厚度的Ge層。
[0034]Ge層濺射完成后，關(guān)閉Ge靶位上施加的射頻電源，將已經(jīng)濺射了 Ge層的基片旋轉(zhuǎn)到Sb靶位，開啟Sb靶位上的射頻電源，設(shè)定Sb層濺射速率為3s/nm，濺射時間3s，濺射結(jié)束后得到Inm厚度的Sb層。
[0035]在已經(jīng)濺射了一層Ge層和一層Sb層的基片上重復(fù)上述濺射Ge層和Sb層的操作7次，得到具有8個交替周期的膜結(jié)構(gòu)為[Ge (5) /Sb (I) ]8的Ge/Sb類超晶格相變薄膜材料。
[0036](實施例2)
本實施例的用于高速低功耗相變存儲器的Ge/Sb類超晶格相變薄膜材料的膜結(jié)構(gòu)為[Ge(5nm)/Sb(3nm)]6,即每一層Ge層的厚度為5nm，每一層Sb層的厚度為3nm，Ge層和Sb層的交替周期數(shù)為6，Ge/Sb類超晶格相變薄膜材料的厚度為48nm。
[0037]制備方法其余與實施例1相同，不同之處在于:步驟③磁控濺射制備[Ge(a)/Sb (b) ]x#層復(fù)合薄膜時，每一層Sb層的派射時間為9s。Ge層和Sb層交替派射6次。
[0038](實施例3)
本實施例的用于高速低功耗相變存儲器的Ge/Sb類超晶格相變薄膜材料的膜結(jié)構(gòu)為[Ge(5nm)/Sb(5nm)]6,即每一層Ge層的厚度為5nm，每一層Sb層的厚度為5nm，Ge層和Sb層的交替周期數(shù)為6，Ge/Sb類超晶格相變薄膜材料的厚度為60nm。
[0039]制備方法其余與實施例1相同，不同之處在于:步驟③磁控濺射制備[Ge(a)/Sb (b) ]x#層復(fù)合薄膜時，每一層Sb層的派射時間為15s。Ge層和Sb層重復(fù)交替派射6次。
[0040](實施例4)
本實施例的用于高速低功耗相變存儲器的GeSb類超晶格相變薄膜材料的膜結(jié)構(gòu)為[Ge(5nm)/Sb(7nm)]5,即每一層Ge層的厚度為5nm，每一層Sb層的厚度為7nm，Ge層和Sb層的交替周期數(shù)為5，Ge/Sb類超晶格相變薄膜材料的厚度為60nm。
[0041]制備方法其余與實施例1相同，不同之處在于:步驟③磁控濺射制備[Ge(a)/Sb (b) ]x#層復(fù)合薄膜時，每一層Sb層的派射時間為21s。Ge層和Sb層重復(fù)交替派射5次。
[0042](實施例5)
本實施例的用于高速低功耗相變存儲器的Ge/Sb類超晶格相變薄膜材料的膜結(jié)構(gòu)為[Ge(5nm)/Sb(9nm)]4，即每一層Ge層的厚度為5nm，每一層Sb層的厚度為9nm，Ge層和Sb層的交替周期數(shù)為4，Ge/Sb類超晶格相變薄膜材料的厚度為56nm。
[0043]制備方法其余與實施例1相同，不同之處在于:步驟③磁控濺射制備[Ge(a)/Sb (b) ]x#層復(fù)合薄膜時，每一層Sb層的濺射時間為27s。Ge層和Sb層重復(fù)交替濺射4次。
[0044](實施例6)
本實施例的用于高速低功耗相變存儲器的Ge/Sb類超晶格相變薄膜材料的膜結(jié)構(gòu)為[Ge (5nm)/Sb (Ilnm) ]4，即每一層Ge層的厚度為5nm，每一層Sb層的厚度為llnm，Ge層和Sb層的交替周期數(shù)為4，Ge/Sb類超晶格相變薄膜材料的厚度為64nm。
[0045]制備方法其余與實施例1相同，不同之處在于:步驟③磁控濺射制備[Ge(a)/Sb (b) ]x#層復(fù)合薄膜時，每一層Sb層的濺射時間為33s。Ge層和Sb層重復(fù)交替濺射4次。
[0046](實施例7)
本實施例的用于高速低功耗相變存儲器的Ge/Sb類超晶格相變薄膜材料的膜結(jié)構(gòu)為[Ge (5nm)/Sb (13nm) ]4，即每一層Ge層的厚度為5nm，每一層Sb層的厚度為13nm，Ge層和Sb層的交替周期數(shù)為4，Ge/Sb類超晶格相變薄膜材料的厚度為72nm。
[0047]制備方法其余與實施例1相同，不同之處在于:步驟③磁控濺射制備[Ge(a)/Sb (b) ]x#層復(fù)合薄膜時，每一層Sb層的濺射時間為39s。Ge層和Sb層重復(fù)交替濺射4次。
[0048](對比例I)
本對比例制備的是單層Sb相變薄膜材料，厚度50nm。按照實施例1的方法，設(shè)定Sb濺射速率為3s/nm，濺射時間150s，濺射結(jié)束后得到50nm厚度的單層Sb相變薄膜材料。
[0049](對比例2)
本對比例制備的是Ge2Sb2Te5相變薄膜材料，厚度50nm。按照實施例1的方法，選擇Ge2Sb2Te5合金作為濺射靶材，濺射結(jié)束得到Ge 2Sb2Tejg變薄膜材料。
[0050](實驗例I)
為了了解本發(fā)明的Ge/Sb類超晶格相變薄膜材料的性能，對實施例1至實施例7制得的薄膜材料和對比例I制得的薄膜材料進行測試，得到各相變薄膜材料的原位電阻與溫度的關(guān)系曲線。
[0051]見圖1，對比例I的單層Sb薄膜在加熱過程中不具有電阻轉(zhuǎn)變性能，表明Sb材料的熱穩(wěn)定性較差，在沉積過程中就發(fā)生了晶化，無法滿足PCRAM的應(yīng)用需求。
[0052]對于本發(fā)明的Ge/Sb類超晶格相變薄膜材料，隨著[Ge (a) /Sb (b) ] x類超晶格相變薄膜中Ge層相對厚度的增加，相變薄膜的晶化溫度逐漸提高，更高的晶化溫度意味著相變薄膜更好的非晶熱穩(wěn)定性。其次，隨著Ge層的相對厚度的增加，薄膜的非晶態(tài)和晶態(tài)的電阻均增大了，更大的電阻有助于提高加熱過程的效率，從而降低操作功耗。
[0053](實驗例2)
本實驗例按照現(xiàn)有方法使用實施例2的[66(511111)/313(311111)]6類超晶格相變薄膜材料和對比例2的Ge2Sb2Te5相變薄膜材料分別制備了 PCRAM器件單元，并測試了其R-V曲線，如圖2所示。
[0054]見圖2，在200ns寬的電壓脈沖作用下，[Ge (5nm)/Sb (3nm) ]6和Ge 2Sb2Te5的器件均實現(xiàn)了 SET和RESET可逆操作。從高電阻轉(zhuǎn)換到低電阻的操作稱為SET過程，而從低電阻到高電阻的過程稱為RESET操作。由于PCRAM中RESET過程的轉(zhuǎn)換電流較大，因此評價PCRAM功耗的主要是RESET電流大小。圖2顯示基于[Ge (5nm) /Sb (3nm) ]6薄膜的RESET電壓為2.32V，比相同電壓脈沖下的Ge2Sb2Te5薄膜的RESET電壓3.62V要低，證明本發(fā)明的[Ge (5nm) /Sb (3nm) ]6超晶格薄膜具有較低的功耗。
【主權(quán)項】
1.一種用于高速低功耗相變存儲器的Ge/Sb類超晶格相變薄膜材料，其特征在于:Ge/Sb類超晶格相變薄膜材料為多層膜結(jié)構(gòu)，由Ge層和Sb層交替沉積復(fù)合而成，將一層Ge層和一層Sb層作為一個交替周期，后一個交替周期的Ge層沉積在前一個交替周期的Sb層上方； 所述Ge/Sb類超晶格相變薄膜材料的膜結(jié)構(gòu)用通式[Ge (a)/Sb (b)]x表示，其中a為單層Ge層的厚度，Inm a 50nm ；b為單層Sb層的厚度，Inm b 50nm ；χ為Ge層和Sb層的交替周期數(shù)，X為正整數(shù)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于高速低功耗相變存儲器的Ge/Sb類超晶格相變薄膜材料，其特征在于:60nm (a+b) *χ 80nm。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于高速低功耗相變存儲器的Ge/Sb類超晶格相變薄膜材料，其特征在于:45nm ^ (a+b) *x ^ 80nm。4.一種如權(quán)利要求1所述的用于高速低功耗相變存儲器的Ge/Sb類超晶格相變薄膜材料的制備方法，其特征在于包括以下步驟: ①基片的準備，將基片洗凈烘干待用； ②磁控濺射的準備，將步驟①洗凈的待濺射的基片放置在基托上，將Ge和Sb作為濺射靶材分別安裝在磁控射頻濺射靶中，并將磁控濺射鍍膜系統(tǒng)的濺射腔室進行抽真空，使用高純氬氣作為濺射氣體； ③磁控濺射制備[Ge(a) /Sb (b)],多層復(fù)合薄膜，首先清潔Ge靶材和Sb靶材表面，清潔完畢后，將待濺射的Si02/Si (100)基片旋轉(zhuǎn)到Ge靶位；打開Ge靶位上的射頻電源，濺射結(jié)束后得到Ge層；Ge層濺射完成后，關(guān)閉Ge靶位上施加的直流電源，將已經(jīng)濺射了 Ge層的基片旋轉(zhuǎn)到Sb靶位，開啟Sb靶位上的射頻電源，濺射結(jié)束后得到Sb層；重復(fù)上述濺射Ge層和Sb層的操作至需要的薄膜厚度，濺射結(jié)束得到GeSb類超晶格相變薄膜材料。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于:步驟②中高純氬氣的體積百分比彡99.999%，Ar氣流量為25?35SCCM，氬氣濺射氣壓為0.28Pa?0.35Pa。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制備方法，其特征在于:步驟③中Ge層濺射速率為I?2s/nm，Sb層派射速率為2?4s/nm。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于高速低功耗相變存儲器的Ge/Sb類超晶格相變薄膜材料，其特征在于：Ge/Sb類超晶格相變薄膜材料為多層膜結(jié)構(gòu)，由Ge層和Sb層交替沉積復(fù)合而成，將一層Ge層和一層Sb層作為一個交替周期，后一個交替周期的Ge層沉積在前一個交替周期的Sb層上方。本發(fā)明的Ge/Sb類超晶格相變薄膜材料利用類超晶格結(jié)構(gòu)中多層界面的夾持效應(yīng)，減小晶粒尺寸，從而縮短結(jié)晶時間、抑制晶化，在提高材料熱穩(wěn)定性的同時加快相變速度。本發(fā)明的Ge/Sb類超晶格相變薄膜材料的RESET電壓比相同電壓脈沖下的Ge2Sb2Te5薄膜的RESET電壓低30%以上，說明本發(fā)明的GeSb類超晶格相變薄膜材料具有更低的功耗。
【IPC分類】C23C14/18, C23C14/16, H01L45/00, C23C14/35, B82Y30/00, B82Y40/00
【公開號】CN104934533
【申請?zhí)枴緾N201510206563
【發(fā)明人】胡益豐, 朱小芹, 吳世臣, 鄒華, 袁麗, 吳衛(wèi)華, 張建豪, 眭永興, 沈大華
【申請人】江蘇理工學(xué)院
【公開日】2015年9月23日
【申請日】2015年4月27日