Dy-Ge-Sb-Te和Dy-Sb-Te相變存儲材料的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種提高Ge-Sb-Te和Sb_Te相變材料性能的技術及其薄膜制備方法，尤其涉及用于相變存儲器的Dy-Ge-Sb-Te和Dy-Sb-Te相變存儲薄膜材料，屬于微電子領域。
【背景技術】
[0002]相變存儲器(PCRAM)原理是以硫系化合物為存儲介質(zhì)，利用電脈沖、激光脈沖等提供能量使材料在晶態(tài)(低電阻)與非晶態(tài)(高電阻)之間相互轉換實現(xiàn)信息的寫入與擦除，信息的讀出靠測量電阻的大小，比較其高電阻“1”還是低電阻“0”來實現(xiàn)的。
[0003]Ge-Sb-Te是形核主導的相變存儲材料，其結晶溫度低而造成熱穩(wěn)定性差，一直制約其進一步發(fā)展，通過摻雜提高其熱穩(wěn)定性就顯得尤為重要。Sb-Te是長大主導型相變存儲材料，相變速度快，但是其熱穩(wěn)定性差，數(shù)據(jù)保持力差，通過摻雜不僅可以保持快速相變，還可以改善其熱穩(wěn)定性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的主要在于提供一種用于相變存儲器的Dy-Ge-Sb-Te和Dy_Sb_Te相變存儲薄膜材料，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。
[0005]為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用如下的技術方案來實現(xiàn):
[0006]—種用于相變存儲器的Dy-Ge-Sb-Te和Dy-Sb-Te相變存儲材料，在Ge-Sb-Te (或Sb-Te)相變存儲材料中摻入Dy而成，其化學通式為Dy1Q。x y z (GexSbyTez)，其中0彡x<40, 0〈y<40, 40<z<80, 80〈x+y+z〈100。本發(fā)明中化學通式中元素的右下角部分代表摩爾比。
[0007]用于相變存儲材料的Ge-Sb-Te和Sb_Te的組分不受限制，較佳的，例如Ge-Sb-Te的原子比為1:2:4、2:3:6、3:2:6或2:2:5等，Sb-Te的原子比可以為4:1、2:1或2:3等。
[0008]較佳的，所述的用于相變存儲器的Dy-Ge-Sb-Te和Dy-Sb-Te相變存儲材料，實現(xiàn)電阻率和光學折射率反射率的可逆轉變的外部驅(qū)動能量，可以為電脈沖、激光脈沖、電子束和熱驅(qū)動作用。
[0009]較佳的，所述的用于相變存儲器的Dy-Ge-Sb-Te和Dy-Sb-Te相變存儲材料為一種薄膜材料。
[0010]較佳的，所獲得的Dy-Ge-Sb-Te和Dy-Sb-Te相變存儲材料其薄膜厚度為100-250nm。
[0011]所述的用于相變存儲器的Dy-Ge-Sb-Te和Dy-Sb-Te相變存儲材料具有更高的結晶溫度和更好的數(shù)據(jù)保持力，其熱穩(wěn)定性得到很大改善。
[0012]所述的用于相變存儲器的Dy-Ge-Sb-Te和Dy-Sb-Te相變存儲材料非晶態(tài)電阻升_，晶態(tài)電阻升
[0013]本發(fā)明所述的用于相變存儲器的Dy-Ge-Sb-Te和Dy-Sb-Te相變存儲材料的制備方法，包括如下步驟:
[0014]按照化學通式Dy1Q。x y z (GexSbyTez)中 Ge、Sb 和 Te 的配比采用 GexSbyTez (或 SbyTez)合金靶以及Dy靶共濺射獲得所述Dy-Ge-Sb-Te (或Dy-Sb_Te)相變存儲材料。
[0015]較佳的，所述共濺射條件為:在共濺射過程中通入純度為99.999%以上的Ar氣，GexSbyTez(或SbyTez)合金靶采用射頻電源，Dy靶采用直流電源或射頻電源。優(yōu)選的，所述GexSbyTez (或SbyTez)合金靶射頻電源功率為25W，所述Dy靶直流電源功率為15W。
[0016]較佳的，共濺射時，所述GexSbyTez(或SbyTez)合金靶起輝后，再打開Dy靶電源。但不局限于此，也可以Dy靶起輝后再打開GexSbyTez (或SbyTez)合金靶，或者兩者的電源同時打開。
[0017]較佳的，所述共濺射時間為10-30分鐘。
[0018]較佳的，本發(fā)明所使用的濺射儀器為本領域現(xiàn)有技術中常規(guī)的濺射裝置。
[0019]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益之處在于:該薄膜材料，具有較強高溫熱穩(wěn)定性和晶態(tài)電阻，非晶態(tài)與晶態(tài)之間明顯的電阻差異，更好的數(shù)據(jù)保持特性。
【附圖說明】
[0020]圖1為實施例中不同Dy含量的Dy-Ge-Sb-Te相變存儲薄膜材料方塊電阻隨溫度變化關系曲線。
[0021 ] 圖2為實施例中不同Dy含量的Dy-Ge-Sb-Te相變存儲薄膜材料的激活能和數(shù)據(jù)保持力計算結果圖。
【具體實施方式】
[0022]下面結合具體實施例進一步闡述本發(fā)明，應理解，該實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的保護范圍。
[0023]制備不同Dy含量的Dy-Ge-Sb-Te相變存儲薄膜材料:
[0024]本實施例中的相變材料采用Ge2Sb2Te5合金靶以及Dy靶共濺射獲得。所述共濺射條件為:在共濺射過程中通入純度為99.999%以上的Ar氣，Ge2Sb2Te5合金靶采用射頻電源，Dy靶采用直流電源。所述射頻電源功率為25W，所述直流電源功率為10-30W。Ge2Sb2Te5合金靶起輝后，再打開Dy靶電源。所述共濺射時間為30分鐘，薄膜厚度大約為150-200nm。
[0025]將本實施例所獲得的不同Dy含量的Dy-Ge-Sb-Te相變存儲薄膜材料經(jīng)檢測獲得圖1和圖2:
[0026]圖1為實施例中為不同Dy含量的Dy-Ge-Sb-Te相變存儲薄膜材料方塊電阻隨溫度變化關系曲線。如圖1所示，對本發(fā)明的系列Dy-Ge-Sb-Te相變存儲薄膜材料進行電阻率測試，得到溫度-電阻率關系曲線。在圖1中，對于組分分別為Ge2Sb2Te5、Dy。.3 (Ge2Sb2Te5) 99.7、DyL! (Ge2Sb2Te5) 98.9、Dy2.5 (Ge2Sb2Te5) 97.5、Dy4.14(Ge2Sb2Te5) 95.86和Dy5.2(Ge2Sb2Te5)94.s的不同Dy含量的Dy-Ge-Sb-Te相變存儲薄膜材料，其對應的晶化溫度分別為 166°C、172.2°C、176.4°C、180.1°C、194.7°C 和 202.5 °C o 可以看出，在結晶溫度以下，Dy-Ge-Sb-Te系列相變存儲薄膜材料處于電阻為高阻態(tài)的非晶態(tài)，在結晶溫度以上，Dy-Ge-Sb-Te系列相變存儲薄膜材料處于電阻為低阻態(tài)的晶態(tài)。在這里，Dy摻雜后，Dy-Ge-Sb-Te系列相變存儲薄膜材料結晶溫度較Ge2Sb2Te5都有所提高，有利于數(shù)據(jù)保持力的提高。對于本發(fā)明而言，所述Dy-Ge-Sb-Te系列相變存儲薄膜材料的結晶溫度隨著Dy含量增加而升高，因此可以通過調(diào)整Dy含量而改變結晶溫度。
[0027]圖2為實施例中不同Dy含量的Dy-Ge-Sb-Te相變存儲薄膜材料的激活能和數(shù)據(jù)保持力計算結果圖。保持力是相變材料至關重要的一個特性，是衡量此相變材料性能的重要參數(shù)之一。保持力是用來表征非晶態(tài)的熱穩(wěn)定性，當測試溫度點高于結晶溫度時在升溫的過程中相變材料已經(jīng)結晶，因此不能測試出此非晶態(tài)的保持時間，因此保持力的測試溫度點必須在結晶溫度以下。這里失效時間的定義為薄膜電阻下降到剛升到測試溫度點對應的初始電阻的一半所對應的時間。由圖1不同Dy含量對應Dy-Ge-Sb-Te系列相變存儲薄膜材料結晶溫度，我們選取Dy0.3(Ge2Sb2Te5) 99.7、DyL工(Ge2Sb2Te5) 98.9、Dy2.5(Ge2Sb2Te5)97.5三個成分用于測試失效時間，并推算出結晶激活能和保持時間所對應的溫度。如圖2所示，Dya3(Ge2Sb2Te5)99.7的結晶激活能(E J為2.37eV，10年數(shù)據(jù)保持溫度為86°C的結晶激活能(E J為2.74eV，10年數(shù)據(jù)保持溫度為88°C ;Dy2.5(Ge2Sb2Te5)97.5的結晶激活能(E J為2.95eV，10年數(shù)據(jù)保持溫度為99。。。從圖2可以得出，Dy-Ge-Sb-Te相變存儲薄膜材料的激活能較Ge2Sb2Te5(2.24eV)大，10年數(shù)據(jù)保持溫度較Ge2Sb2Te5(85°C )更高。結晶激活能的增加有利于非晶態(tài)的熱穩(wěn)定性。
[0028]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益之處在于:該薄膜材料，通過摻雜非常少的Dy就可以獲得優(yōu)異的性能，具有較強高溫熱穩(wěn)定性和晶態(tài)電阻，非晶態(tài)與晶態(tài)之間明顯的電阻差異，更好的數(shù)據(jù)保持特性。
[0029]本發(fā)明實施例的描述和應用是說明性的，并非像將本發(fā)明的范圍限制在上述實施例中。
【主權項】
1.一種用于相變存儲器的Dy-Ge-Sb-Te或Dy-Sb_Te相變存儲材料，在Ge-Sb-Te或Sb-Te相變存儲材料中摻入Dy而成，其化學通式為Dy1Q。x y z (GexSbyTez)，其中0彡x<40, 0<y〈40，40<z<80, 80<x+y+z<100 ;化學通式中元素的右下角部分代表摩爾比。2.如權利要求1所述的用于相變存儲器的Dy-Ge-Sb-Te或Dy-Sb_Te相變存儲材料，其特征在于，Ge-Sb-Te的原子比為1:2:4、2:3:6、3:2:6或2:2:5 ；Sb-Te的原子比為4:1、2:1或 2:3。3.如權利要求1所述的用于相變存儲器的Dy-Ge-Sb-Te和Dy-Sb_Te相變存儲材料，其特征在于，與純Ge-Sb-Te和Sb_Te相比，該相變材料具有更高的結晶溫度和更好的數(shù)據(jù)保持力，其熱穩(wěn)定性得到改善。4.如權利要求1所述的用于相變存儲器的Dy-Ge-Sb-Te或Dy-Sb_Te相變存儲材料，其特征在于，所述Dy-Ge-Sb-Te或Dy-Sb_Te相變存儲材料實現(xiàn)電阻率和光學折射率反射率的可逆轉變的外部驅(qū)動能量，為電脈沖、激光脈沖、電子束或熱驅(qū)動作用。5.如權利要求1所述的用于相變存儲器的Dy-Ge-Sb-Te或Dy-Sb_Te相變存儲材料，其特征在于，所述Dy-Ge-Sb-Te或Dy_Sb_Te相變存儲材料為一種薄膜材料。6.如權利要求1-5任一所述的用于相變存儲器的Dy-Ge-Sb-Te或Dy-Sb_Te相變存儲材料的制備方法，包括如下步驟:按照化學通式Dy1(m x y z (GexSbyTez)中Ge、Sb和Te的配比采用GexSbyTez合金靶以及Dy靶共濺射獲得所述Dy-Ge-Sb-Te相變存儲材料； 或按照化學通式Dy1Q。x y z (GexSbyTez)中Sb和Te的配比采用SbyTez合金革巴以及Dy革巴共濺射獲得Dy-Sb-Te相變存儲材料。7.如權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述共濺射條件為:在共濺射過程中通入純度為99.999%以上的Ar氣，GexSbyTezS Sb ；1^合金靶采用射頻電源，Dy靶采用直流電源或射頻電源。8.如權利要求6所述的制備方法，其特征在于，共派射時，所述GexSbyTez合金革E起輝后，再打開Dy靶電源；或者Dy靶起輝后再打開GexSbyTez合金革E，或者兩者的電源同時打開； 共濺射時，SbyTez合金靶起輝后，再打開Dy靶電源；或者Dy靶起輝后再打開Sb ；1^合金靶，或者兩者的電源同時打開。9.如權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述射頻電源功率為15-100W，所述直流電源功率為15-80W，所述共濺射時間為5-50分鐘。10.如權利要求6所述的制備方法，其特征在于，所獲得的Dy-Ge-Sb-Te或Dy-Sb_Te相變存儲材料為相變薄膜材料，其薄膜厚度為10-300nm。
【專利摘要】Dy-Ge-Sb-Te和Dy-Sb-Te相變存儲材料屬于微電子領域。本發(fā)明通過對Ge-Sb-Te或Sb-Te相變材料摻雜Dy元素，提出一種提高Ge-Sb-Te和Sb-Te相變性能的技術和薄膜制備方法，其化學結構式為Dy100-x-y-z(GexSbyTez)，其中0≤x，80<x+y+z<100。Dy-Ge-Sb-Te和Dy-Sb-Te相變存儲薄膜材料的優(yōu)點是通過摻雜非常少的Dy就可以獲得優(yōu)異的性能，具有更高的熱穩(wěn)定性和晶態(tài)電阻，非晶態(tài)與晶態(tài)之間電阻差異明顯，更好的數(shù)據(jù)保持特性。
【IPC分類】H01L45/00
【公開號】CN105428532
【申請?zhí)枴緾N201510962145
【發(fā)明人】韓曉東, 陳永金, 張斌
【申請人】北京工業(yè)大學
【公開日】2016年3月23日
【申請日】2015年12月20日