应用于低功耗相变存储器的Sb-Se基纳米材料的制备及性能研究

摘要

相变存储器以其高速、良好微缩性及非易失性等优点受到广泛的关注，同时，也面临着数据保持力相对较差、功耗较高等问题。作为相变存储介质，Sb-Se材料因其较低的热导率及熔点等性质，可以显著降低相变存储器的功耗。本文以相变存储材料为切入点，系统研究了Sb-Se基纳米薄膜和纳米线的微结构及物理性质，旨在优化相变材料及降低相变存储器功耗。
　　本文主要包括两部分内容：首先，本文以Sb2Se3和Sb2Te双靶采用磁控共溅射方法制备了一系列的Sb-Te-Se薄膜，系统统地研究Sb–Te–Se薄膜的电学特性以及微结构，包括不同组分的Sb–Te–Se薄膜由热退火所导致的微结构变化，具体结果如下：
　　（1）随着Se含量的增加，薄膜样品的结晶温度Tc从 Sb60Te31Se9的150℃升至Sb55Te22Se23的180℃。其非晶态和晶态电阻率都随Se含量增加而增加，有利于降低功耗。Sb60Te31Se9、Sb57Te26Se17、Sb56Te24Se20及Sb55Te22Se23薄膜的10年数据保持力的最高温度分别为75.4、84.1、93.1及102.6℃。Se含量的增加可以显著提高非晶Sb-Te-Se膜的数据保持力。
　　（2）Sb60Te31Se9，Sb57Te26Se17两组薄膜样品在300℃退火后的析晶峰为 Sb，而Se含量较多的Sb56Te24Se20和Sb55Te22Se23两组薄膜样品在300℃退火后，又出现新的析晶峰——菱方相的Sb2SeTe2。并且由TEM结果可以看到，析出晶粒的尺寸约为几十纳米，均匀地分布在样品薄膜中，这有利于提高器件的密度。
　　（3）Sb56Te24Se20和Sb55Te22Se23薄膜样品中Sb2SeTe2晶相出现是由于在高温退火环境下，薄膜样品SbSe3/2中的Se原子进入Sb-Te中并与Te形成化学键，进而导致原子重新排列和新的晶相的形成。
　　其次，采用热气相沉积（VLS）方法在双温区水平管式炉中制备了Ge-Sb-Se纳米线，系统的研究了载气流量、生长温度、生长距离对纳米线形貌的影响，具体结果如下：
　　（1）优化出Ge-Sb-Se纳米线的生长条件：在管式炉内气压为100Torr、温度为400℃、载气速率为100SCCM条件下，Ge-Sb-Se纳米线生长的最佳位置约为距离蒸发源7cm处。
　　（2）在生长温度为400~450℃范围内，纳米线的直径随温度升高逐渐变大。随着温度的升高，XRD结果表明纳米线的衍射峰为GeSb2和Sb2Se3，表明生长温度对Ge-Sb-Se纳米线的直径有较大的影响。
　　（3）随着载气速率的增加，纳米线的生长越发的稠密，这是因为较大的气流速率会将更多的气体原材料带向生长区，过多的反应物在到达衬底后融入到催化剂Au液滴中并沉积下来，加速了纳米线的生长。

目录

声明

引言

1绪论

1.1 相变存储器

1.2 纳米结构

1.3 本论文的主要研究思路与内容

2.1 薄膜材料的制备技术

2.2 一维纳米材料的制备技术

2.3 样品性能测试

3.1 实验

3.2 结果与讨论

3.3本章小结

4.1 实验

4.2结果与讨论

4.3本章小结

5.1 研究总结

5.2 展望

参考文献

在 学 研 究 成 果

致谢