銻碲基相變材料的脈沖激光沉積法制備與性能研究.pdf

1、銻碲基相變材料雖然具有高結(jié)晶速度和低結(jié)晶溫度等優(yōu)點(diǎn)，但由于低阻態(tài)電阻過(guò)低，容易導(dǎo)致復(fù)位(reset)電壓過(guò)高，且熱穩(wěn)定性較差，無(wú)法直接用于制備相變存儲(chǔ)器件。摻雜是解決這一問(wèn)題的重要途徑之一。
　　本研究嘗試使用脈沖激光沉積法(PLD)制備銻碲基相變材料。薄膜的組分與靶材組分一致程度高，可通過(guò)控制靶材的組分方便地控制薄膜的組分。本論文不僅通過(guò)控制自制靶材的Sb、Te組分比制備出Sb、Te原子比例不同的Sb2Te3(ST)、Sb2Te

2、和Sb80Te20薄膜，還通過(guò)在自制靶材中分別摻入10wt％、20wt％、30wt％和40wt％銅粉，制備出了銅摻入量不同的16.1at％Cu-ST、32.0at％Cu-ST、48.5at％Cu-ST、57at％Cu-ST薄膜。另外，本研究還通過(guò)控制薄膜生長(zhǎng)時(shí)的氮?dú)馄珘嚎捎行Э刂票∧ぶ械腘含量通，制備了含氮量從4.66at％到11.09at％的N-ST薄膜。原子力顯微鏡(AFM)的測(cè)試表明，脈沖激光法制備的不同厚度的生成態(tài)銻碲基薄膜和N

3、-ST薄膜的表面粗糙度均在1nm以下，較為平整。
　　本研究還通過(guò)改變沉積時(shí)間和激光能量制備厚度分別為30nm、55nm、70nm、80nm、100nm、110nm、130nm、155nm的ST薄膜。發(fā)現(xiàn)較厚的薄膜晶化溫度較高，置位(set)電壓較高，但400℃退火后晶粒尺寸也較大，結(jié)晶速度較快。
　　研究發(fā)現(xiàn)，與ST薄膜相比，Sb含量較高的Sb2Te、Sb80Te20薄膜結(jié)晶溫度較高，且結(jié)晶后薄膜的結(jié)晶度較低，結(jié)晶后薄膜的

4、均勻性較差。氮摻雜有效地抑制了Sb2Te3晶粒的生長(zhǎng)速度，提高了薄膜的晶化溫度，降低了薄膜的結(jié)晶度。因此，氮元素的摻入可有效提高薄膜的晶態(tài)電阻，降低復(fù)位功耗。摻N約6at％，即在氮?dú)馄珘簽?Pa或6Pa氣氛下制備的N-ST薄膜，置位與復(fù)位電壓適中，循環(huán)性能較好，具有較好的綜合性能。適量的Cu摻雜可促進(jìn)Sb2Te3晶粒的生長(zhǎng)，提高晶粒尺寸與薄膜的結(jié)晶度，但過(guò)量的Cu摻雜會(huì)使結(jié)晶溫度顯著升高，且制成的相變存儲(chǔ)器器件的置位速度變慢。雖然Cu摻