基相變薄膜材料及薄膜制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于相變存儲器的鉺摻雜Sn15Sb85基相變薄膜材料及薄膜制備方法，屬于微電子技術領域。
【背景技術】
[0002]目前，為了實現移動設備和互聯網技術的持續發展，人類需要更高速、更高的存儲密度和更低成本非易失性存儲器。在非易失性存儲器家族中，相變存儲器(PCRAM)具有非常優異的性能:存儲速度快、能量消耗地、穩定性好以及和現有的半導體器件工藝兼容性好等(Yifeng Hu等，Scripta Materialia,2014,92:4-7)。相變存儲技術是Ovshinsky等人于20世紀60年代末(Phys.Rev.Lett.,21,1450?1453，1968)和70年代初(Appl.Phys.Lett.,18,254?257，1971)提出的。PCRAM存儲數據是利用相變材料中的晶態與非晶態的可逆相變態來存儲信息的:在非晶態時具有較高電阻可設置為邏輯“O”態，在晶態時具有較低電阻可設置為邏輯“I”態。
[0003]作為相變存儲器和相變顯示器的核心，相變薄膜的相變特性決定了最終器件的各項性能。為了提高相變薄膜的性能，首先必須知道那些因素是最重要和最關鍵的。相變速度、功耗和溫度穩定性是相變存儲器件最重要的三個因素。但是，相變速度和其熱穩定性是相互矛盾的，例如較快的結晶速度通常意味著較低的結晶溫度，而較低的結晶溫度通常會導致數據保持力不理想。為了提高綜合性能，最重要就是選擇合適的相變溫度和溫度穩定性的材料(T.C.Chong等，Applied Physics Letters ,88,122114，2006)。為了滿足此種需要，目前主要采用兩種手段對相變材料進行改性:其一是制備超晶格(多層)相變材料，其二是利用金屬或半導體材料進行改性，如Cr摻雜的Sb3Ti相變薄膜(Yangyang Xia等，Journalof Non-Crystalline Solids，2015,422:46-50)。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是克服現有技術的缺陷，提供一種用于相變存儲器的鉺摻雜Sn15Sb85基相變薄膜材料，它熱穩定性好，數據保持力好，低功耗。
[0005]本發明解決上述技術問題采取的技術方案是:一種用于相變存儲器的鉺摻雜Sn15Sb85基相變薄膜材料，它的化學分子式為(Sn15Sb85)xEry;其中0〈x < 0.92,0<y < 0.58,x+y = I.0O0
[0006]本發明還提供了一種薄膜制備方法，該薄膜使用該用于相變存儲器的鉺摻雜Sni5Sbs5基相變薄膜材料制成，并且該方法的步驟如下:
[0007](a)制備 Sn15Sb85 靶;
[0008](b)制備Er靶材，并將Er靶材切割后貼置于Sn15Sb85靶表面；
[0009](C)對貼置Er的Sn15Sb85勒進行磁控濺射，制備得到需要的薄膜;其中，所述薄膜的中Er的摻雜量通過Sn15Sb85靶表面貼置的Er靶材的數量來調控。
[0010]在所述的步驟(b)中，Er靶材切割成規則的扇形結構，并且扇形所對的圓心角的度數為30° ο
[0011 ]進一步，在所述的步驟(C)中，磁控派射時的襯底為Si02/Si(100)基片;和/或磁控濺射時的電源采用射頻電源，且濺射功率為25-35W;和/或磁控濺射采用的濺射氣體為Ar氣。
[0012]進一步，所述濺射功率為30W。
[0013]進一步，所述Ar氣的純度為體積百分比99.999%以上，氣體流量為15?45SCCM，濺射氣壓為0.10?0.35Pa。
[0014]進一步，所述氣體流量為30SCCM，濺射氣壓為0.3Pa。
[0015]進一步，制備得到的薄膜的總厚度為50nm。
[0016]進一步，所述的Er靶材和Sb靶材的純度在原子百分比99.999%以上，本底真空度不大于I X 10—4Pa。
[0017]進一步，所述薄膜的厚度通過磁控濺射的濺射時間來調控。
[0018]采用了上述技術方案后，本發明提供的鉺摻雜Snl5Sb85基相變薄膜材料的厚度可以通過濺射時間控制，薄膜的晶態電阻、相變溫度、熱穩定性和功耗可以通過Er摻雜的量進行調控，因此這類薄膜可以應用于相變存儲器和相變顯示器等。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發明的不同的Er摻雜量的Sn15Sb85相變薄膜材料的原位電阻與溫度的關系曲線；
[0020]圖2為不同的Er摻雜量的Sn15Sb85相變薄膜材料的激活能和10年數據保持力計算圖。
【具體實施方式】
[0021 ]為了使本發明的內容更容易被清楚地理解，下面根據具體實施例并結合附圖，對本發明作進一步詳細的說明。
[0022] 實施例一
[0023 ]本例制備Er摻雜(X = 0.08，一塊扇形材料)的Sn15Sb85相變薄膜材料，厚度50nm。
[0024]制備步驟為:
[0025]1.清洗Si02/Si(100)基片，清洗表面、背面，去除灰塵顆粒、有機和無機雜質；
[0026]a)在丙酮溶液中強超聲清洗3-5分鐘，再去離子水沖洗；
[0027]b)在乙醇溶液中強超聲清洗3-5分鐘，再去離子水沖洗，高純N2吹干表面和背面；
[0028]c)在120°C烘箱內烘干水汽，約20分鐘。
[0029]2.采用射頻濺射方法制備薄膜前準備:
[0030]a)裝好Snl5Sb85濺射靶材，在將厚度為2mm，直徑為40mm，圓心角的度數為30度的扇形Er片一片放置于SnisSbss革E表面，并使其圓心重合。革E材的純度均達到99.999 % (原子百分比)，并將本底真空抽至I X 10—4Pa;
[0031]b)設定濺射功率30W;
[0032]c)使用高純Ar氣作為濺射氣體(體積百分比達到99.999%),設定Ar氣流量為30SCCM，并將濺射氣壓調節至0.3Pa。
[0033]3.采用磁控派射方法制備納米相變薄膜材料:
[0034]a)將空基托旋轉到靶位，打開靶上所施加的射頻電源，依照設定的濺射時間(200s)，開始對靶材進行濺射，清潔靶材表面；
[0035]b)靶材表面清潔完成后，關閉靶上所施加的射頻電源，將代濺射基片旋轉到靶位，開啟靶位射頻電源，依照設定的濺射時間(130s)，開始濺射單層薄膜。
[0036]實施例二
[0037]本例制備稀土Er摻雜(x = 0.16，二塊扇形材料)的Sn15Sb85相變薄膜材料，厚度50nmo
[0038]制備步驟為:
[0039]1.清洗Si02/Si(100)基片，清洗表面、背面，去除灰塵顆粒、有機和無機雜質；
[0040]a)在丙酮溶液中強超聲清洗3-5分鐘，再去離子水沖洗；
[0041 ] b)在乙醇溶液中強超聲清洗3-5分鐘，再去離子水沖洗，高純N2吹干表面和背面；[0042 ] c)在120°C烘箱內烘干水汽，約20分鐘。
[0043]2.采用射頻濺射方法制備薄膜前準備:
[0044]a)裝好Sni5Sb85派射革E材，在將