Sn15Sb85相变薄膜的厚度效应

摘要

采用磁控溅射法制备了不同厚度的Sn15Sb85薄膜,使用电阻-温度-时间测试系统研究了Sn15Sb85薄膜在热致作用下从非晶态到晶态的相变动力学过程.应用近红外分光光度计获得了非晶Sn15Sb85薄膜的反射率光谱,拟合计算得到薄膜的光学带隙.通过原子力显微镜观察了Sn15Sb85薄膜晶化后的表面形貌,研究了膜厚对薄膜粗糙度的影响.通过X射线衍射仪(XRD)分析了晶态Sn15Sb85薄膜的相结构及晶粒尺寸变化.采用互补金属氧化物半导体(CMOS)工艺制备了基于不同厚度Sn15Sb85薄膜的T型相变存储器单元,并通过半导体器件测试系统分析了其阈值转换能力及功耗.研究结果表明,随着薄膜厚度的减小,Sn15Sb85相变材料的非晶态和晶态电阻、相变温度、十年非晶态数据保持力、结晶激活能、光学带隙均显著提升.基于20 nm厚度Sn15Sb85薄膜相变存储单元在纳秒级电脉冲作用下能够实现可逆SET/RESET操作,且厚度较小的薄膜具有较高的SET电压和较低的RESET电压,体现了超薄Sn15Sb85薄膜的高热稳定性和低操作功耗特征,有利于实现相变存储器的高密度集成.