相变存储技术紧密联系着人们的日常工作和生活,已然成为不可或缺的重要部分。相变存储器凭借其高密度快速存储、多次循环擦写、抗干扰能力强、与半导体制备工艺兼容和方便携带等优势,有望取代闪存技术成为下一代重要非易失性存储产品。相变存储材料是相变存储器运行的核心介质层,需要展开全面研究。目前开发较为成熟的材料为Ge₂Sb₂Te₅,其主要组成成分为硫族元素Te,Te的存在使得相变存储材料具备非晶态和晶态电学性质差异显著,薄膜电阻相差5个量级,最大可逆循环次数可达10¹⁷次等优势。同样的,硫族元素的存在造成了相变材料本身的不稳定以及加热电极组分的偏移等问题,进而影响器件的可靠性。更重要的是,将硫族元素用于消费电子产业,给人体和环境带来的危害亟待解决。鉴于以上分析,本文研究了无Te富Sb的Si-Sb基相变存储材料,目的是研究环保型高性能存储介质的性能,探讨其推广研究的可行性。本文通过磁控溅射多靶共溅的方式制备出Si_xSb_100-x、Sn_x(Si₁₆Sb₈₄)_100-x、Ge_x(Si₁₉Sb₈₁)_100-x多种Si-Sb基相变存储薄膜材料,利用X射线能谱仪、X射线衍射仪、原子力显微镜和紫外分光光度计等仪器来表征材料的物化性能,利用自主搭建的原位真空四探针电阻测量设备测定薄膜材料的电阻温度特性曲线,结合Arrhenius、Kissinger公式拟合计算相关的性能。实验结果表明:Si_xSb_100-x二元相变存储材料中Si含量的增加有利于提高薄膜材料的晶化温度,Si含量为19%时,晶化温度可以达到203℃。Si_xSb_100-x系列相变存储材料的热稳定性要明显优于Ge₂Sb₂Te₅材料,但是两种材料的结晶机制相同,均为形核型结晶。粒度统计结果显示,晶态时,Si₁₆Sb₈₄薄膜材料的晶粒尺寸小于20nm,退火热处理过程有利于晶粒长大。Sn_x(Si₁₆Sb₈₄)_100-x相变存储薄膜材料的晶化温度在Sn掺杂量为2%时最高,达到219℃,此时薄膜的结晶激活能为4.390eV,十年数据保持温度为144℃,结果均比其他Sn掺杂量的薄膜性能优异。值得一提的是,Sn掺杂影响了薄膜材料的结晶方式,Sn_x(Si₁₆Sb₈₄)_100-x相变存储薄膜材料为晶粒生长型结晶,这种结晶机制更有利于加快相转变速度。对比分析表明,2%Sn掺杂时,薄膜材料性能优良,具有开发潜力。Ge_x(Si₁₉Sb₈₁)_100-x相变存储薄膜材料的晶化温度均较高,高于200℃,且晶化温度随着Ge掺杂量的增加而提高,材料的光学带隙测定结果为3.35eV,该结果远远高于Ge₂Sb₂Te₅材料的带隙值,表明材料运行时能降低阈值电流,降低器件功耗。Ge元素掺杂所得薄膜材料的晶粒尺寸较大且退火热处理前后变化太大,多次循环加热容易导致器件开裂失效,经分析Ge元素掺杂Si_xSb_100-x所得薄膜材料的性能不佳。