專利名稱：鎳離子摻雜鍺銻碲熒光相變信息存儲材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及相變信息存儲材料，特別是一種鎳離子摻雜鍺銻碲熒光相變信息存儲材料及其制備方法。
背景技術：
相變存儲材料是一種可以在晶態和非晶態之間快速反復轉變的材料。由于其相對其他存儲材料的非易失性、讀寫的高速度和集成的高密度性，基于相變材料的相變存儲器被寄予厚望。相變存儲器可用于光存儲和電存儲(半導體存儲)。利用相變材料進行光存儲的原理是其晶態和非晶態之間存在大約20%左右的可見光反射率對比度。信息讀出時，將一束激光照射信息單元點，探測其反射光強度以確定該點的狀態。利用反射率進行信息存儲本質上是一種被動存儲機制，因為兩個態之間的反射率對比度只有大約20%左右，經過多次循環后兩個態之間的差別逐漸減小，以至于難以識別， 這是制約相變光存儲材料循環次數的一個重要因素，而循環次數與光存儲設備的使用壽命直接相關。Ni2+是一種被廣泛研究的激光發射離子，早在60年代已有Ni2+摻雜MgF2晶體的激光輸出報道。近年來，M2+摻雜微晶玻璃的近紅外光放大器一度成為光通信放大器領域的研究焦點。Ni2+的發光條件是必須處在特定晶體如MgF2、Mg0、MgAl204的六面體八配位態之中。Ni2+的典型發光處于1200-1400nm之間。在玻璃相，Ni2+不發光。
發明內容
本發明的目的在于提供一種鎳離子摻雜鍺銻碲熒光相變信息存儲材料及其制備方法，該熒光相變信息存儲材料與傳統相變材料的制備過程完全兼容，制備方法簡單可控。 本發明結合傳統相變材料的優點和Ni2+在基質不同相態下熒光效應的巨大差異，可以大大增加相變光存儲中兩態的對比度。本發明的解決方案如下
一種鎳離子摻雜鍺銻碲熒光相變信息存儲材料，其特點在于該材料的組成為 Ge2Sb2Te5IO. 1 0. 3Ni2+，該材料是通過磁控濺射方法將Gejb2I^5靶和NiO靶共濺在K9玻璃基片上的膜層，該膜層的厚度為100 250nm。。一種鎳離子摻雜鍺銻碲熒光相變信息存儲材料的制備方法，其特點在于該方法是利用磁控濺射設備，在真空度為3.0 5.0X10_Va的條件下，在清潔的K9玻璃基片上共濺射NiO和Ge52Sb2Tii5, NiO靶和Ge52Sb2Tii5靶的濺射功率分別為7w 15w和7Qw 150w， 共濺膜層厚度為100 250nm。材料組成可以通過兩靶的濺射功率調節，膜層厚度可以通過濺射時間調節。Ge2Sb2Te5 (簡稱為GST)的FCC相是NaCl結構，Te處在Cl位置，Ge、Sb和空位隨機分布在Na位置；Ni2+摻雜晶態Ge2Sb2I^5后，占據空位位置，該位置是Te原子的六配位八面體態，符合M2+在晶體中的發光條件；在非晶態的Ge2Sb2I^5是一種硫系玻璃，不符合M2+ 離子的發光條件。本發明的工作原理是
鎳摻雜鍺銻碲熒光相變信息存儲材料通過磁控濺射方法，將Ge2Sb2I^5靶和NiO靶共濺到K9玻璃基片上得到非晶態樣，而后在納秒激光的作用下得到晶態樣。在980nm激光激發下，晶態樣有位于1150nm附近的熒光，非晶態樣無熒光，分別代表信息存儲的兩個狀態。用納秒激光對制備的薄膜進行了晶化實驗，結果表明，本發明材料可以在500ns 內完全晶化。本發明的技術效果
1、本發明Ni2+摻雜Ge2Sb2I^5既繼承了 GST材料相變過程的優點，又通過材料不同相態下不同的熒光效應將晶態和非晶態的對比度大大提高。是一種完全創新的光存儲形式。其制備和控制方式簡單，與傳統相變材料的制備過程幾乎完全相同。2、用納秒激光對制備的薄膜進行了晶化實驗，結果表明，本發明材料的晶化時間在500ns內。
圖1為本發明制備Ni2+摻雜GST材料的熒光效應對比。圖2為本發明制備Ni2+摻雜GST材料的結晶狀態對比。測試過程為取一個沉積樣品在3X 10_3Pa背底真空下，從室溫以3°C /min升溫至180°C，保溫1. 5h，隨爐冷卻至室溫。用980nm激光器激發退火樣和沉積樣，測試其熒光效應。圖3為本發明實施例1制備Ni2+摻雜GST材料(GST:0. 19Ni2+)的激光晶化過程， 檢測信號為樣品反射率(因為尚未有檢測相變材料微區熒光的方法)，激光脈寬8ns，功率14mJ/cm2 ；可以看到，激光作用下，Ni2+摻雜GST材料在500ns內完全晶華。
具體實施例方式下面結合實施例和附圖對本發明作進一步說明，但不應以此限制本發明的保護范圍。實施例1
材料組成和制備過程大致是
Ge2Sb2Te5IO. 19Ni2+ 使用磁控濺射設備，在真空度為3. 0 X 的條件下，在清潔的 K9玻璃基片上共濺射NiO和Ge2Sb2I^5濺射功率分別為7w和85w，膜厚200nm。之后用脈寬 8ns，功率14mJ/cm2納秒激光對樣品進行晶化過程，樣品均可在500ns內完全晶化。圖1為本發明制備Ni2+摻雜GST材料的熒光效應對比。圖2為本發明制備Ni2+摻雜GST材料的結晶狀態熒光對比。測試過程為取一個沉積樣品在3X 10_3Pa背底真空下，從室溫以3°C /min升溫至180°C，保溫1. 5h，隨爐冷卻至室溫。用980nm激光器激發退火樣和沉積樣，測試其熒光效應。圖3為本發明實施例1制備Ni2+摻雜GST材料(GST:0. 19Ni2+)的激光晶化過程， 檢測信號為樣品反射率(因為尚未有檢測相變材料微區熒光的方法)，激光脈寬8ns，功率14mJ/cm2 ；可以看到，激光作用下，Ni2+摻雜GST材料在500ns內完全晶化。
其他實施例如下表1所示，其他實施例的激光晶化過程和熒光效應對比情況與實施例1具有類似的結果。 表權利要求
1.一種鎳離子摻雜鍺銻碲熒光相變信息存儲材料，其特征在于該材料的組成為 Ge2Sb2Te5IO. 1 0. 3Ni2+，該材料是通過磁控濺射方法將Gejb2I^5靶和NiO靶共濺在K9玻璃基片上的膜層，該膜層的厚度為100 250nm。
2.權利要求1所述的鎳離子摻雜鍺銻碲熒光相變信息存儲材料的制備方法，其特征在于該方法是利用磁控濺射設備，在真空度為3. 0 5. OX 的條件下，在清潔的K9 玻璃基片上共濺射NiO和GhSb2Tii5，NiO靶和GhSb2Tii5靶的濺射功率分別為7w 15w和 70w 150w，共濺膜層的厚度為100 250nm。
全文摘要
一種鎳離子摻雜鍺銻碲熒光相變信息存儲材料及其制備方法，該相變材料的組成為Ge2Sb2Te5:0.1~0.3Ni2+。該材料通過磁控濺射方法，將Ge2Sb2Te5靶和NiO靶共濺到K9玻璃基片上得到非晶態樣，而后在納秒激光的作用下得到晶態樣。在980nm激光激發下，晶態樣有位于1150nm附近的熒光，非晶態樣無熒光，分別代表信息存儲的兩個狀態。本發明熒光相變信息存儲材料與傳統相變材料的制備過程完全兼容，制備方法簡單可控。本發明結合傳統相變材料的優點和Ni2+在基質不同相態下熒光效應的巨大差異，可以大大增加相變光存儲中兩態的對比度。
文檔編號C23C14/35GK102329619SQ20111020266
公開日2012年1月25日 申請日期2011年7月20日 優先權日2011年7月20日
發明者吳誼群, 張科, 梁廣飛, 王陽 申請人:中國科學院上海光學精密機械研究所