新型Cr掺杂Sb2Te相变材料的制备及性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

相变随机存储器(pcram)是基于ovshinsky在20世纪60年代末提出的奥弗辛斯基电子效应的存储器。pcram是研究历史较长的新型半导体存储技术，但是由于加工技术的限制以及存储单元需达到纳米级才可体现其优越性等因素的限制，直到2001年之后，国际上英特尔、三星等大公司才对该技术重视,纷纷投入大量的人力、物力和财力开展pcram的可制造性和商业化推进的研究工作,并在近几年内取得了很大的突破,pcram技术进入了快速发展阶段。pcram主要以硫系化合物相变材料为存储介质，其中碲化锑是当前最为成熟的相变材料之一，其中尤其以ge₂sb₂te₅为主。为了减小高低阻态的分散性，提高写擦速度，改善器件循环寿命，对碲化锑进行了一系列掺杂改性探索，主要包括n，o，si，b和ag等元素。

目前从事研究的机构基本是国外的几家大公司，他们的研究重点都集中在存储器的制备工艺和实现市场化的可行性等方面。而各国学者专家对于相变材料本身性能的研究相对多。y.matsui等人最先在ge₂sb₂te₅和w电极之间引入了一层非常薄的ta₂o₅(厚度约2nm),其作用主要有：作为热阻层有效提高了加热效率，降低了器件的操作电流，在w电极直径为180nm的情况下，获得了1.5v/0.1ma这样如此之低的reset电压/电流。中科院上海微系统研究与信息技术所在pcram热阻层材料研究方面也获得了许多创新性研究成果。

本此论文的课题为《新型cr掺杂sb₂te₃相变材料的制备及性能研究》我们在碲化锑中掺杂铬原子，采取以cr掺杂sb₂te₃相变材料的研究方法来进行材料体系筛选和组分优化；在指导老师指导下熟练操作实验设备，采用双靶共溅射方法制备材料；研究两个靶材的不同制备条件配比对材料组分、制备速率、形貌、结构、电阻等性能的影响，并记录好实验数据；研究溅射气压、功率等制备工艺参数对材料性能的影响，最终确定材料的组分范围，优化出材料制备参数，制备出高质量的相变材料。

2. 研究内容和预期目标

本课题的主要任务是通过相变存储器的基本工作原理来研究新型相变材料的制备工艺优化和材料性能表征，具体包括：

1.采取以cr掺杂sb₂te₃相变材料的研究方法来进行材料体系筛选和组分优化。

2.采用双靶共溅射方法制备材料；研究两个靶材的不同制备条件配比对材料组分、制备速率、形貌、结构、电阻等性能的影响。

3. 研究的方法与步骤

刻蚀工艺是超大规模集成电路中实现图形转换必不可少的一道关键工艺步骤。本实验中采用的是oxford80plus反应离子刻蚀机。主要包括一个刻蚀主机台、气体流量控制阀、机械泵、分子泵、冷却循环水、软件控制使用的配置电脑等。刻蚀工艺主要在反应腔中完成，腔壁及顶部是用铝合金制作，而载片台是用石墨制作，最大容量可以放置4英寸硅片，并连接一个最大输出功率为600 w的rf电源，它是用he恒温控制冷却。刻蚀气体是通过反应腔顶部的喷洒头进入，流量是由流量控制阀设定，其最大流量为100 sccm，并且有4个管道。反应腔的真空度是由分子泵控制，其最小气压可以达到1×10^-4 pa。反应离子刻蚀一起主要配置的刻蚀气体有：cf₄、chf₃、sf₆、ar、o₂等。

反应离子刻蚀最关键的一步是反应生成物的脱附问题，即：生成物呈气态被真空泵带出。而相变材料是ge，sb，te不同成分组成的合金材料，这些组分对应氟化物的饱和蒸汽压分别为：gef₄(130 ℃)、sbf₃(345 ℃)和tef₄(195 ℃)，这些非挥发性生成物需要借助物理轰击来去除。

首先研究最常用的cf₄ ar、chf₃ o₂不同组分对刻蚀速度以及刻蚀表面的影响。另外，气压和功率也是影响刻蚀条件的一个重要因数。接着，为了满足pcram器件制备的需要，研究cr掺杂sb₂te₃与光刻胶和介质材料之间的刻蚀选择比。利用扫描电子显微镜（sem）观察刻蚀图形的形貌，以此反馈工艺优化，不断改善工艺参数，直到获得满足器件单元制备要求的图形形貌。

4. 参考文献