阅读说明：本技术 一种碳掺杂相变存储材料靶材及其制备方法 (Carbon-doped phase-change storage material target and preparation method thereof ) 是由 宋志棠 宋三年 于 2019-11-07 设计创作，主要内容包括：本申请提供一种碳掺杂相变存储材料靶材及其制备方法,该靶材的制备方法包括以下步骤：获取相变原材料；将相变原材料按照化学计量比混合获得第一混合物,将第一混合物在设定温度下加热反应生成相变材料化合物；将相变材料化合物采用高能球磨或者气流磨的方法制成相变材料粉体；将相变材料粉体与石墨烯均匀混合制成第二混合物；将第二混合物通过真空热压烧结工艺制得靶材。如此,采用本申请提供的制备方法制备的靶材组份均一、靶材表面平整、粗糙度小、含氧量低。(The application provides a carbon-doped phase-change storage material target and a preparation method thereof, wherein the preparation method of the target comprises the following steps: obtaining a phase-change raw material; mixing phase-change raw materials according to a stoichiometric ratio to obtain a first mixture, and heating and reacting the first mixture at a set temperature to generate a phase-change material compound; preparing a phase-change material compound into phase-change material powder by adopting a high-energy ball milling or jet milling method; uniformly mixing the phase-change material powder with graphene to prepare a second mixture; and preparing the target material from the second mixture by a vacuum hot-pressing sintering process. Therefore, the target material prepared by the preparation method provided by the application has the advantages of uniform components, smooth surface, small roughness and low oxygen content.)

一种碳掺杂相变存储材料靶材及其制备方法

技术领域

本申请涉及微纳电子技术领域，特别涉及一种碳掺杂相变存储材料靶材及其制备方法。

背景技术

相变存储器(phase change memory，PCM)具有非易失、微缩性能好、与互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)工艺兼容、循环寿命长、高速读取、可多级存储和抗辐照等优点，被认为是最具潜力的下一代非挥发存储技术。PCM的原理是利用材料相变前后电阻率的巨大差异来实现数据存储。在PCM中，一个状态(即晶态)电阻率较低，另一个状态(即非晶态)的电阻率较高。逻辑“1”或逻辑“0”取决于相变材料所处的电阻态。因为目前PCM的性能介于传统的内存和闪存之间，同时兼具这这两种芯片的优点，在业界被称为储存级存储器(Storage Class Memory,SCM)。这些优点使得PCM在新一代的数据中心、高端服务器、人工智能芯片和逻辑-记忆体一体化的SOC等领域具有广泛的应用前景。

在PCM中，作为存储媒介的相变材料及其制备工艺对PCM器件性能的影响至关重要。一方面，PCM在制备过程中需要承受后道(back-end-of-line，BEOL)高温工艺的考验，对相变材料的热稳定性提出了非常高的要求。另一方面，相变材料目前在工业界生产中普遍使用物理溅射(Physical Vapour Deposition，PVD)技术，相变材料薄膜的质量和PCM产品良率与相变材料靶材质量密切相关。

碳掺杂的相变材料具有热稳定性好的特点被应用于PCM制备，然而常规的碳掺杂相变材料靶材存在微区组份不均匀结构、靶材颗粒较大和含氧量偏高的问题。采用这样的靶材制备相变材料时，会导致薄膜组份均一性较差、含氧量高和溅射产生大颗粒的问题，降低了PCM芯片的良率。

发明内容

本申请要解决是现有技术中制备的相变存储材料靶材微区组份不均匀结构、靶材颗粒较大和含氧量偏高的技术问题。

为解决上述技术问题，本申请实施例公开了一种碳掺杂相变存储材料靶材的制备方法，包括以下步骤：

获取相变材料的原材料；

将相变原材料按照化学计量比混合获得第一混合物，将第一混合物在设定温度下加热反应生成相变材料化合物；

将相变材料化合物采用高能球磨或者气流磨的方法制成相变材料粉体；

将相变材料粉体与石墨烯均匀混合制成第二混合物；

将第二混合物通过真空热压烧结工艺制得靶材。

进一步地，相变材料化合物为硫系化合物，相变材料包括锗锑碲合金、锑碲合金、锗碲合金、钛锑碲合金或钽锑碲合金。

进一步地，石墨烯的加入量为4mol％-25mol％。

进一步地，相变材料粉体的颗粒尺寸为1-20微米。

进一步地，设定温度为300-900℃。

本申请还提供一种碳掺杂相变存储材料靶材，靶材由制备方法制备而成；

靶材的组分包括相变材料化合物和石墨烯。

进一步地，靶材的颗粒尺寸为1-20微米。

进一步地，靶材的含氧量低于200ppm。

进一步地，石墨烯含量为4mol％-25mol％。

进一步地，相变材料化合物为硫系化合物，相变材料包括锗锑碲合金、锑碲合金、锗碲合金、钛锑碲合金或钽锑碲合金。

采用上述技术方案，本申请具有如下有益效果：

本申请提供的碳掺杂相变存储材料靶材由超细相变材料粉体与石墨烯粉体均匀混合压制而成，采用本申请提供的制备方法制备的靶材组份均一、靶材表面平整、粗糙度小、含氧量低。采用该靶材制备的碳掺杂相变材料薄膜成份分布均匀，可避免溅射引入的颗粒，有利于成品率的提升，同时石墨烯在相变材料晶界可以有效抑制相变材料元素的偏析和迁移，提升相变材料的热稳定性和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例一种碳掺杂相变存储材料靶材的制备方法的流程示意图；

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本申请至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本申请实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

请参见图1，图1为本申请实施例一种碳掺杂相变存储材料靶材的制备方法，包括以下步骤：

S1：获取相变原材料；

S2：将相变原材料按照化学计量比混合获得第一混合物，将第一混合物在设定温度下加热反应生成相变材料化合物；

S3：将相变材料化合物采用高能球磨或者气流磨的方法制成相变材料粉体；

S4：将相变材料粉体与石墨烯均匀混合制成第二混合物；

S5：将第二混合物通过真空热压烧结工艺制得靶材。

本申请实施例中，相变材料化合物为硫系化合物，相变材料可以为锗锑碲合金、锑碲合金、锗碲合金、钛锑碲合金、钽锑碲合金或其他的硫系化合物。

本申请实施例中，石墨烯的加入量为4mol％-25mol％。

本申请实施例中，相变材料粉体的颗粒尺寸为1-20微米。

本申请实施例中，设定温度为300-900℃。

本申请还提供一种碳掺杂相变存储材料靶材，靶材由上述制备方法制备而成；

靶材的组分包括相变材料化合物和石墨烯。

本申请实施例中，靶材的颗粒尺寸为1-20微米。

本申请实施例中，靶材的含氧量低于200ppm。

本申请实施例中，石墨烯含量为4mol％-25mol％。

本申请实施例中，相变材料化合物为硫系化合物，相变材料可以为锗锑碲合金、锑碲合金、锗碲合金、钛锑碲合金、钽锑碲合金或其他硫系化合物的任意一种。

基于上文的方案下面介绍若干种实施方案。

实施例1：

采用相变材料锗锑碲合金(Ge-Sb-Te)和石墨烯制备本申请碳掺杂相变存储材料靶材—C_0.18(Ge₂Sb₂Te₅)_0.82，其步骤为：

S1：获取Ge₂Sb₂Te₅相变材料的高纯原材料Ge粉、Sb粉和Te粉；

S2：将Ge粉、Sb粉和Te粉按照化学计量比混合获得第一混合物，将所述第一混合物加热至700℃反应生成相变材料化合物Ge₂Sb₂Te₅；

S3：将相变材料化合物Ge₂Sb₂Te₅采用高能球磨或者气流磨的方法制成超细相变材料粉体，粉体颗粒的尺寸为10微米；

S4：将相变材料粉体与石墨烯均匀混合制成第二混合物，石墨烯加入量为18mol％；

S5：将第二混合物通过真空热压烧结工艺制得靶材。

实施例2：

采用相变材料锗碲合金(Ge-Te)和石墨烯制备本申请掺碳相变材料靶材—C_0.1(Ge₂Sb₂Te₅)_0.9，其步骤为：

S1：获取GeTe相变材料的高纯原料Ge粉和Te粉；

S2：将Ge粉和Te粉按照化学计量比混合获得第一混合物，将所述第一混合物加热至800℃反应生成相变材料化合物GeTe；

S3：将相变材料化合物GeTe采用高能球磨或者气流磨的方法制成超细相变材料粉体，粉体颗粒的尺寸为10微米；

S4：将相变材料粉体与石墨烯均匀混合制成第二混合物，石墨烯加入量为10mol％；

S5：将第二混合物通过真空热压烧结工艺制得靶材。

实施例3：

采用相变材料锑碲合金(Sb-Te)和石墨烯，制备本发明掺碳相变材料靶材—C_0.2(Sb₂Te₃)_0.8，其步骤为：

S1：获取Sb₂Te₃相变材料的高纯原料Sb粉和Te粉；

S2：将Sb粉和Te粉按照化学计量比混合获得第一混合物，将所述第一混合物加热至600℃反应生成相变材料化合物Sb₂Te₃；

S3：将相变材料化合物Sb₂Te₃采用高能球磨或者气流磨的方法制成超细相变材料粉体，粉体颗粒的尺寸为15微米；

S4：将相变材料粉体与石墨烯均匀混合制成第二混合物，石墨烯加入量为20mol％；

S5：将第二混合物通过真空热压烧结工艺制得靶材。

本申请中涉及的其他工艺条件为常规工艺条件，本申请提供的碳掺杂相变存储材料靶材由超细相变材料粉体与石墨烯粉体均匀混合压制而成，采用本申请提供的制备方法制备的靶材组份均一、靶材表面平整、粗糙度小、含氧量低。采用该靶材制备的碳掺杂相变材料薄膜成份分布均匀，可避免溅射引入的颗粒，有利于成品率的提升，同时石墨烯在相变材料晶界可以有效抑制相变材料元素的偏析和迁移，提升相变材料的热稳定性和可靠性。

以上仅为本申请的较佳实施例，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。