黄玉凤 吴卫华2)† 徐胜卿 朱小芹 宋三年 宋志棠

1) (江苏理工学院数理学院,常州 213001)

2) (南京大学固体微结构物理国家重点实验室,南京 210093)

3) (中国科学院上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室,上海 200050)

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.

1 引言

近年来,随着量子计算(QC)[1]、集成电路(IC)[2]、人工智能(AI)[3]的迅猛发展,对数据超快存取和海量存储提出了巨大的挑战,使得现有的非易失性固态存储器NAND[4]和易失性主……