Введение
Глава 1. Литературный обзор 16
1.1. Перспективы использования энергонезависимой фазовой памяти 16
1.1.1. Оценка рынка запоминающих энергонезависимых устройств 16
1.1.2. Память нового поколения (PCM, MRAM, FRAM, RRAM) 19
1.1.3. История создания фазовой памяти 21
1.1.4. Принцип действия PCM: операции записи, считывания и перезаписи информации в фазовой памяти 25
1.2. Программируемые материалы PCM 27
1.2.1. Общие свойства тонких пленок квазибинарного разреза Sb2Te3 -
GeTe 28
1.2.2. Особенности фазовых переходов материалов квазибинарного разреза Sb2Te3 - GeTe 30
1.3. Электрофизические свойства тонких пленок материалов фазовой памяти. 33
1.3.1. Модели распределения плотности состояний в щели по
подвижности и механизмы переноса носителей заряда в ХСП 33
1.3.1.1. Модели энергетических зон неупорядоченных полупроводников 33
1.3.1.2. Особенности распределения энергетических состояний в
ХСП. Концепция U-минус центров. 36
1.3.1.3. Механизмы переноса носителей заряда в ХСП 39
1.3.2. Вольт-амперные характеристики тонких пленок ХСП 39
1.3.3. Эффект переключения в ХСП 41
1.4. Требования к программируемым материалам PCM-ячеек 43
1.5. Влияние модифицирующих примесей на свойства тонких пленок Ge2Sb2Te5 44
1.6. Постановка задач исследования 48
Выводы по главе 50
Глава 2. Технологии изготовления образцов и методики проведения экспериментов 52
2.1. Синтез халькогенидных полупроводников 52
2.2. Технология осаждения тонких пленок ХСП 53
2.2.1. Обоснование выбора метода напыления наноразмерных пленок ХСП 53
2.2.2. Вакуумно-термическое испарение 56
2.2.3. Магнетронное распыление 57
2.3. Методы и методики исследований свойств халькогенидных тонких пленок 58
2.3.1. Методы исследования состава и структуры 58
2.3.1.1. Рентгенофазовый анализ. 59
2.3.1.2. Резерфордовское обратное рассеяние 59
2.3.1.3. Рентгеноспектральный микроанализ 60
2.3.2. Методы исследования морфологии поверхности 60
2.3.2.1. Растровая электронная микроскопия 61
2.3.2.2. Атомно-силовая микроскопия 61
2.3.3. Методики исследования электрофизических свойств 62
2.3.3.1. Технология изготовления планарных структур для
измерений электрофизических характеристик. 62
2.3.3.2. Измерение ВАХ при нагреве 65
2.3.3.3. Измерение ВАХ при охлаждении 69
2.3.3.4. Измерение термо-ЭДС 70
Выводы по главе 73
ГЛАВА 3. Исследование свойств тонких пленок и планарных структур на основе материалов квазибинарного разреза Sb2Te3 - GeTe 75
3.1 Исследование состава и структуры 75
3.1.1. Рентгенофазовый анализ 75
3.1.2. Резерфордовское обратное рассеяние 76
3.1.3. Рентгеноспектральный микроанализ 78
3.1.3.1. РСМА пленок GST225, осажденных методом ВТИ 78
3.1.3.2. РСМА пленок GST225, осажденных ВЧ магнетронным напылением 80
3.2. Влияние термообработки на удельное сопротивление и морфологию поверхности 81
3.2.1. Температурные зависимости удельного сопротивления 81
3.2.2. Влияние термообработки на морфологию поверхности тонких пленок GST225 83
3.2.2.1. АСМ анализ морфологии тонких пленок GST225 83
3.2.2.2. РЭМ анализ морфологии планарных образцов 86
3.3. Оптимизация тестовой планарной структуры 88
3.3.1. Защитный слой TiOx 89
3.3.2. Защитный слой SiO2 91
3.4. Электрофизические и температурные характеристики
оптимизированных планарных структур тонких пленок на основе
материалов квазибинарного разреза Sb2Te3 - GeTe 96
3.5. Влияние метода напыления на свойства тонких пленок GST225 100
Выводы по главе 103
Глава 4. Электрофизические свойства тонких пленок на основе материалов системы Ge-Sb-Te 105
4.1. Вольтамперные характеристики аморфных тонких пленок на основе материалов квазибинарного разреза Sb2Te3 - GeTe 105
4.2. Механизмы переноса носителей заряда в аморфных тонких пленках на основе материалов квазибинарного разреза Sb2Te3 - GeTe 106
4.2.1. Диапазон низких напряженностей электрического поля (Е < 1103 В/см) 108
4.2.2. Диапазон средних напряженностей электрического поля (1103 < Е < 1104 В/см) 112
4.2.3. Диапазон высоких напряженностей электрического поля (Е > 1104 В/см) 120
4.2.4. Анализ влияния состава на электрофизические свойства и
механизмы переноса в тонких пленках материалов системы Ge-Sb-Te 120
4.3. Эффекты переключения и памяти в тонких пленках Ge2Sb2Te5 122
4.3.1. Эффект памяти в структурах с вертикальным расположением электродов 122
4.3.2. Электрическое переключение с памятью в тонких пленках при воздействии постоянным напряжением 125
4.3.3. Электрическое переключение с памятью в тонких пленках при воздействии импульсным напряжением 129
4.3.3.1. Разработка исследовательского комплекса для исследования электрического переключения в тонких пленках при импульсном напряжении 129
4.3.3.2. Электрическое переключение тонких пленок GST225 при импульсном напряжении 130
Выводы по главе 134
ГЛАВА 5. Влияние модифицирующей примеси висмута на электрофизические характеристики Ge2Sb2Te5 137
5.1. Состав и структура тонких пленок системы Ge-Sb-Te-Bi 137
5.1.1. Исследование структуры методом РФА 137
5.1.2. Элементный состав тонких пленок 138
5.2. Влияние Bi на электрофизические свойства тонких пленок Ge2Sb2Te5 139
5.2.1. Температурные зависимости удельного сопротивления 139
5.2.2. Вольт-амперные характеристики 141
5.2.2.1. Диапазон низких напряженностей электрического поля (Е < 1103 В/см) 144
5.2.2.2. Диапазон средних напряженностей электрического поля (1103 < Е < 1104 В/см) 146
5.2.2.3. Диапазон высоких напряженностей электрического поля (Е > 1104 В/см) 148
5.2.3. Анализ влияния модифицирующей примеси висмута на электрофизические свойства и механизмы переноса носителей заряда в тонких пленках материалов системы Ge-Sb-Te 149
5.3. Практические рекомендации для оптимизации и совершенствования технологии создания фазовой памяти 150
Выводы по главе 156
Основные результаты и выводы 159
Список используемых источников
