專利名稱：鋁銅銻相變薄膜及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及相變信息存儲領(lǐng)域，是一種鋁銅銻相變薄膜及其制備方法。該鋁銅銻相變薄膜可用于高密度、高速可擦重寫相變光盤和相變隨機(jī)存儲器等，可用來提高介質(zhì)的相變速率，進(jìn)而提高器件的數(shù)據(jù)傳輸速率。
背景技術(shù)：
相變信息存儲的基本概念最初由S. R. Ovshinsky在1968年提出(S. R. Ovshinsky, Reversible Electrical Switching Phenomena in Disordered Structures, Phys. Rev. Lett. 21，1450 (1968))，主要是利用相變材料晶態(tài)時的高反射率以及低電阻和非晶態(tài)時的低反射率以及高電阻之間的可逆變化來實現(xiàn)信息的存儲。信息存儲基本可分為寫、讀、擦三個過程在晶態(tài)的薄膜上面利用短脈寬、高功率的激光或者電脈沖作用，使薄膜迅速升溫到熔化溫度以上，然后迅速冷卻得到非晶態(tài)的數(shù)據(jù)記錄點；這些記錄點可以用低功率的連續(xù)激光或者電流，利用晶態(tài)和非晶態(tài)之間足夠大的反射率或者電阻值差別進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀出；利用相對較長的脈寬、中等功率的激光或者電脈沖作用于非晶態(tài)記錄點上，使其溫度上升到晶化溫度以上進(jìn)行晶化，進(jìn)而擦除記錄點。相變材料是相變信息存儲器件中的關(guān)鍵，由于在器件應(yīng)用中相變材料都是以薄膜形式出現(xiàn)，發(fā)展性能優(yōu)異的相變材料薄膜及其制備方法顯得至關(guān)重要。目前的相變材料主要有GhSb2I^5和Agh^3Te等硫系半導(dǎo)體材料(含Te元素)， 已經(jīng)做為存儲介質(zhì)成功應(yīng)用于可擦重寫光盤以及相變隨機(jī)存儲器中。然而由于傳統(tǒng)相變材料的晶化時間比較長(一般約為200ns，參見Y. Fukuyama et. al.，Time-resolved investigation of nanosecond crystal growth in rapid—phase—change materials: correlation with the recording speed of digital versatile disc media, Applied Physics Express 1，045001 O008))，制約著相變光盤以及相變存儲器的數(shù)據(jù)擦除速率， 進(jìn)而影響傳輸速率，需要發(fā)展新型快速相變材料。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種鋁銅銻相變薄膜及其制備方法，該鋁銅銻相變薄膜具有較快的相變速度和較高的反射率對比度。本發(fā)明的解決方案如下
一種鋁銅銻相變薄膜，其特點在于該是相變薄膜的成分為AlxCuySbz，其中X的取值范圍為1 10 at%，y的取值范圍為在1 40 at%，ζ的取值范圍為在60 98 at%，該鋁銅銻薄膜是利用磁控濺射薄膜制備設(shè)備，經(jīng)過AlCu合金靶和Sb靶共濺在清潔的基片上制備的，所述的鋁銅銻薄膜的厚度為5 500nm。所述的薄膜結(jié)構(gòu)包括單層結(jié)構(gòu)或三層結(jié)構(gòu) 單層結(jié)構(gòu)，即鋁銅銻薄膜直接沉積在基片上面；
三層結(jié)構(gòu)，在基片上先后沉積下介質(zhì)層、鋁銅銻薄膜和上介質(zhì)層。
所述的基片是厚度為0. 05-3mm的Si，或K9玻璃，或聚碳酸酯。所述的下介質(zhì)層和上介質(zhì)層為厚度為0 IOOnm的SiS-SW2或SiN，所述的 ZnS-SiO2 中 SiS 占 80at%，SiO2 占 20at%。

一種鋁銅銻相變薄膜的制備方法，采用磁控濺射鍍膜機(jī)制備，該方法包括如下步驟
(a)基片采用干凈的聚碳酸酯盤基放入磁控濺射鍍膜機(jī)的托盤上，后用純度99.9%高壓氮氣吹干；
(b)把裁好的基片用鑷子固定在磁控濺射儀的樣品托上，然后把樣品托夾持在濺射真空腔里的基片座上，把需要濺射的介質(zhì)靶材SiS-SW2和共濺的Sb靶和AlxCuy合金靶放到相應(yīng)的靶基座上固定好；調(diào)節(jié)靶材與基片之間的距離，然后關(guān)閉真空腔蓋開始抽真空過程 首先利用機(jī)械泵抽真空至5Pa以下，然后開分子泵，1小時后開高真空計，查看濺射腔內(nèi)真空度，直至腔內(nèi)真空度優(yōu)于4X10_4Pa，關(guān)閉高真空計；
(c)首先進(jìn)行下層介質(zhì)膜層SiS-SW2的濺射工作，采用Ar作為濺射氣體，濺射完成后， 關(guān)閉射頻電源，關(guān)閉Ar閥門，打開閘板閥抽氣以去除腔內(nèi)雜質(zhì)；
(d)接著進(jìn)行共濺相變材料膜層的濺射工作，采用Ar作為濺射氣體，打開Ar閥門開關(guān)向腔內(nèi)充Ar，通過流量計控制Ar的通入量為SOsccm，同時調(diào)節(jié)磁控濺射儀閘板閥至工作氣壓為0. 8Pa,接著打開AlxCuy合金靶和Sb靶所對應(yīng)的直流電源，固定Sb靶材的濺射功率， 調(diào)節(jié)AlCu合金靶材至濺射功率，待功率穩(wěn)定后，利用計算機(jī)程序把裝有樣品的樣品托轉(zhuǎn)移至預(yù)制好的共濺靶位上，并采用計算機(jī)程序設(shè)定濺射時間8min，進(jìn)行相變層的濺射工作，濺射完成后，關(guān)閉直流電源，關(guān)閉Ar閥門，打開閘板閥抽氣以去除腔內(nèi)雜質(zhì)；
(e)然后進(jìn)行上層介質(zhì)膜層(ZnS-SiO2)的濺射工作；最后利用計算機(jī)程序使樣品托恢復(fù)到原來位置，然后關(guān)閉磁控濺射儀，放氣，開腔取出鋁銅銻相變薄膜制品。AlCuSb相變材料薄膜的成分通過選擇AlCu合金靶的化學(xué)配比，并固定Sb靶的濺射功率，改變合金靶AlCu的濺射功率的方法來控制；厚度通過改變?yōu)R射時間來控制。所述得到基片對于薄膜來說起到支撐作用；上下介質(zhì)層對于薄膜起到保護(hù)作用， 對相變薄膜的性質(zhì)并不造成影響。本發(fā)明的技術(shù)效果
本發(fā)明鋁銅銻相變薄膜與現(xiàn)有的相變材料Ge2Sb2I^5以及AghSbTe等相比，本發(fā)明鋁銅銻相變薄膜的晶化時間一般小于150ns，晶化速率得到明顯提高，有望應(yīng)用于更高傳輸速率的相變信息存儲。


圖1為本發(fā)明一種鋁銅銻相變薄膜的多層膜結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為實施例1 Ak67Cua52Sb8U1薄膜歸一化反射率隨時間的變化曲線。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。圖1為本發(fā)明一種鋁銅銻相變薄膜的多層膜結(jié)構(gòu)示意圖。包括在基片上先后沉積下介質(zhì)層、鋁銅銻薄膜和上介質(zhì)層。實施例1
以Al6.67Cu9.52Sb83.81的鋁銅銻相變薄膜為例，其具體制備步驟如下 (a)基片采用干凈的聚碳酸酯(PC)盤基，盤基為直徑和厚度分別為120mm和1.2mm， 把盤基裁成40X40mm的基片，以便輕松放入鍍膜機(jī)設(shè)備的托盤上。組后用高壓氮氣(純度 99. 9%)吹干。(b)把裁好的基片用鑷子固定在磁控濺射儀的樣品托上，然后把樣品托夾持在濺射真空腔里的基片座上。把需要濺射的介質(zhì)靶材SiS-SiA和要用來共濺的靶材(Sb和 Al51Cu49合金靶)放到相應(yīng)的靶基座上固定好。不同的磁控濺射儀器具有不同的靶材直徑和厚度，本發(fā)明濺射所用靶材直徑均為60mm，調(diào)節(jié)靶材與樣品之間的距離為60cm。然后關(guān)閉真空腔蓋開始抽真空過程。首先利用機(jī)械泵抽真空至5Pa以下，然后開分子泵，約1小時后開高真空計，查看濺射腔內(nèi)真空度，直至腔內(nèi)真空度優(yōu)于4X 10_4Pa，且真空度越小，成膜質(zhì)量越高，接著關(guān)閉高真空計，開始材料薄膜濺射過程。(c)首先進(jìn)行下層介質(zhì)膜層(ZnS-SiO2)的濺射工作，采用Ar作為濺射氣體。打開 Ar閥門開關(guān)向腔內(nèi)充Ar，通過流量計控制Ar的通入量為SOsccm，同時調(diào)節(jié)磁控濺射儀閘板閥至工作氣壓為0. SPa0接著打開射頻電源，調(diào)節(jié)至靶材濺射所需功率100W，待功率穩(wěn)定后，利用計算機(jī)程序把裝有樣品的樣品托轉(zhuǎn)移至將要濺射的介質(zhì)靶材上方，并采用計算機(jī)程序設(shè)定濺射時間為lOmin，進(jìn)行下介質(zhì)層的濺射工作。濺射完成后，關(guān)閉射頻電源，關(guān)閉 Ar閥門，打開閘板閥抽氣5min以去除腔內(nèi)雜質(zhì)。(d)接著進(jìn)行共濺相變材料膜層(AlCuSb)的濺射工作，采用Ar作為濺射氣體。 打開Ar閥門開關(guān)向腔內(nèi)充Ar，通過流量計控制Ar的通入量為SOsccm，同時調(diào)節(jié)磁控濺射儀閘板閥至工作氣壓為0. SPa0接著打開Al51Cu49合金靶和Sb靶所對應(yīng)的直流電源，固定 Sb靶材的濺射功率為27W，調(diào)節(jié)AlCu合金靶材至濺射功率為17W，待功率穩(wěn)定后，利用計算機(jī)程序把裝有樣品的樣品托轉(zhuǎn)移至預(yù)制好的共濺靶位上，并采用計算機(jī)程序設(shè)定濺射時間 8min，進(jìn)行相變層的濺射工作。濺射完成后，關(guān)閉直流電源，關(guān)閉Ar閥門，打開閘板閥抽氣 5min以去除腔內(nèi)雜質(zhì)。(e)然后進(jìn)行上層介質(zhì)膜層(ZnS-SiO2)的濺射工作，采用Ar作為濺射氣體。打開 Ar閥門開關(guān)向腔內(nèi)充Ar，通過流量計控制Ar的通入量為SOsccm，同時調(diào)節(jié)磁控濺射儀閘板閥至工作氣壓為0. SPa0接著打開射頻電源，調(diào)節(jié)至靶材濺射所需功率100W，待功率穩(wěn)定后，利用計算機(jī)程序把裝有樣品的樣品托轉(zhuǎn)移至將要濺射的介質(zhì)靶位上，并采用計算機(jī)程序設(shè)定濺射時間為lOmin，進(jìn)行下介質(zhì)層的濺射工作。濺射完成后，關(guān)閉射頻電源，關(guān)閉Ar 閥門，打開閘板閥抽氣5min以去除腔內(nèi)雜質(zhì)。最后利用計算機(jī)程序使樣品托恢復(fù)到原來位置，然后關(guān)閉磁控濺射儀，放氣，開腔取樣。獲得的相變材料層(AlCi^b)成分為Ak67Cua5Ab8U1 (原子百分比，at %)，厚度約為lOOnm，上、下介質(zhì)層(ZnS-SiO2)厚度約為lOnm。通過原位皮秒脈沖光泵浦、連續(xù)光探測的方法測量得到材料的晶化時間為32ns，由得到的反射率隨時間的演變曲線計算出晶態(tài)與非晶態(tài)之間的反射率對比度為23%，如圖2所示。采用不同的基片進(jìn)行鋁銅銻相變薄膜的制備，與實施例1的制備方法類似， AlCuSb相變材料薄膜的成分通過選擇AlCu合金靶的化學(xué)配比，并固定Sb靶的濺射功率，改變合金靶AlCu的濺射功率的方法來控制；厚度通過改變?yōu)R射時間來控制都是不難解決的。
以PC為基片的其它實施例的相變薄膜的成分和相變薄膜厚度由下表給出，對每個實施例的具體制備過程恕我不再贅述。
權(quán)利要求
1.一種鋁銅銻相變薄膜，其特征在于該相變薄膜的成分為AlxCuySbz，其中x的取值范圍為1-10 at%, y的取值范圍為在1-40 at%, ζ的取值范圍為在60-98 at%，該鋁銅銻薄膜(3)是利用磁控濺射薄膜制備設(shè)備，經(jīng)過AlCu合金靶和Sb靶共濺在清潔的基片(1)上制備的，所述的鋁銅銻薄膜(3)的厚度為5-500nm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋁銅銻相變薄膜，其特征在于所述的薄膜結(jié)構(gòu)包括單層結(jié)構(gòu)，即鋁銅銻薄膜(3)直接沉積在基片(1)上面；三層結(jié)構(gòu)，在基片(1)上先后沉積下介質(zhì)層(2 )、鋁銅銻薄膜(3 )和上介質(zhì)層(4 )；根據(jù)權(quán)利要求2所述鋁銅銻相變薄膜，其特征在于所述的基片(1)是厚度為0. 05-3mm 的Si，或K9玻璃，或聚碳酸酯。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述鋁銅銻相變薄膜，其特征在于所述的下介質(zhì)層(2)和上介質(zhì)層 (4)為厚度為 O-IOOnm 的 ZnS-SiR 或 SiN，所述的 ZnS-SiR 中 ZnS 占 80at%，Si& 占 20at%，；5、一種鋁銅銻相變薄膜的制備方法，采用磁控濺射鍍膜機(jī)制備，其特征在于該方法包括如下步驟(a)基片采用干凈的聚碳酸酯盤基放入磁控濺射鍍膜機(jī)的托盤上，后用純度99.9%的高壓氮氣吹干；(b)把裁好的基片用鑷子固定在磁控濺射儀的樣品托上，然后把樣品托夾持在濺射真空腔里的基片座上，把需要濺射的介質(zhì)靶材SiS-SW2和共濺的Sb靶和AlxCuy合金靶放到相應(yīng)的靶基座上固定好；調(diào)節(jié)靶材與基片之間的距離，然后關(guān)閉真空腔蓋開始抽真空，直至腔內(nèi)真空度優(yōu)于4X 10_4Pa;(c)進(jìn)行下層介質(zhì)膜層SiS-SW2的濺射工作，采用Ar作為濺射氣體，濺射完成后，關(guān)閉射頻電源，關(guān)閉Ar閥門，打開閘板閥抽氣以去除腔內(nèi)雜質(zhì)；(d)進(jìn)行共濺相變材料膜層的濺射工作，AlCuSb相變材料薄膜的成分通過選擇AlCu合金靶的化學(xué)配比，并固定Sb靶的濺射功率，改變合金靶AlCu的濺射功率的方法來控制；厚度通過改變?yōu)R射時間來控制；采用Ar作為濺射氣體，打開Ar閥門開關(guān)向腔內(nèi)充Ar，通過流量計控制Ar的通入量為 SOsccm,同時調(diào)節(jié)磁控濺射儀閘板閥至工作氣壓為0. 8Pa,接著打開AlxCuy合金靶和Sb靶所對應(yīng)的直流電源，固定Sb靶材的濺射功率，調(diào)節(jié)AlCu合金靶材至濺射功率，待功率穩(wěn)定后， 利用計算機(jī)程序把裝有樣品的樣品托轉(zhuǎn)移至預(yù)制好的共濺靶位上，并采用計算機(jī)程序設(shè)定濺射時間8min，進(jìn)行相變層的濺射工作，濺射完成后，關(guān)閉直流電源，關(guān)閉Ar閥門，打開閘板閥抽氣以去除腔內(nèi)雜質(zhì)；(e)然后進(jìn)行上層介質(zhì)膜層SiS-SiO2的濺射工作；最后利用計算機(jī)程序使樣品托恢復(fù)到原來位置，然后關(guān)閉磁控濺射儀，放氣，開腔取出鋁銅銻相變薄膜制品。
全文摘要
一種鋁銅銻相變薄膜及其制備方法，該相變薄膜的成分為AlxCuySbz，其中x的取值范圍為1-10at%，y的取值范圍為在1-40at%，z的取值范圍為在60-98at%，該鋁銅銻薄膜(3)是利用磁控濺射薄膜制備設(shè)備，經(jīng)過AlCu合金靶和Sb靶共濺在清潔的基片(1)上制備的，所述的鋁銅銻薄膜(3)的厚度為5-500nm。本發(fā)明鋁銅銻相變薄膜具有較快的相變速度和較高的反射率對比度。
文檔編號H01L45/00GK102347444SQ201110204069
公開日2012年2月8日 申請日期2011年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月21日
發(fā)明者吳誼群, 梁廣飛, 王陽 申請人:中國科學(xué)院上海光學(xué)精密機(jī)械研究所