Sb-Te基薄膜的掺杂改性及其可逆相变特性研究

发布时间：2017-09-02 03:17

  本文关键词：Sb-Te基薄膜的掺杂改性及其可逆相变特性研究

  更多相关文章： 相变材料 热稳定性 器件性能 相变速度

【摘要】：相变材料作为可重复擦写相变存储器和相变光盘的信息存储介质,由于其相变速度快、功耗低、密度高等优点,在新一代非易失性存储技术中得到了越来越广泛的关注。Ge2Sb_2Te5(GST)材料是目前应用最广泛的相变材料之一,但其在操作速度和热稳定性等方面的还存在一些问题。Sb-Te系列材料是相变材料体系中的一个重要材料体系,其结晶速率比GST快,熔点比GST低,近年来受到科研工作者的广泛关注。但是Sb-Te材料体系的结晶温度较低,不能长时间保存数据。本文针对二元Sb-Te材料体系的热稳定性等问题,利用掺杂改性的方式来提高其性能,同时保持较快的相变速度。通过研究,本论文取得的研究结果主要有:1.Sb_2Te材料的掺杂改性研究。主要研究了具有较高热稳定性的Si X-Sb_2Te(X为O,N,C)材料。Si X的引入,有效的抑制了Sb_2Te材料的结晶,使材料的晶粒更加细化,提高热稳定性。同时基于Si X-Sb_2Te材料的器件单元可在10 ns下实现擦、写操作,高低阻值差值接近两个数量级。1)Sb_2Te SiO_2材料的结晶温度能达到200℃以上,十年保持温度在130℃左右,提高了Sb_2Te材料的非晶态热稳定性。基于Sb_2Te SiO_2材料的PCM,SET/RESET操作速度最快可达10 ns,说明Sb_2Te SiO_2材料依然具有Sb_2Te材料相变速度快的特点。2)Sb_2Te SiN_x材料的结晶温度能达到220℃以上,十年保持温度在140℃左右。同时,基于Sb_2Te Si Nx材料的PCM能在8ns完成SET/RESET,具有相变速度快的特点。3)Sb_2Te Si C材料的结晶温度能达到250℃以上,十年保持温度在150℃左右。基于Sb_2Te Si C材料的PCM,能够循环操作四万次以上。2.W_xSb_3Te材料研究。在WST材料中,掺入的W部分替代了Sb3Te中的Sb原子或者Te原子,抑制了原子扩散,细化了晶粒,从而提高了光学带隙宽度。随着W含量的增加,此材料的结晶温度和十年数据保持温度都在升高,表现出较好的热稳定性。掺入W以后,此材料与电极材料的黏附性增加了36.5%,有利于提高器件的可靠性。其器件在10 ns的电压脉冲下仍能够发生SET/RESET稳定操作,表现出较快的相变速度。
【关键词】：相变材料 热稳定性 器件性能 相变速度
【学位授予单位】：曲阜师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB34
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第1章 绪论8-15
• 1.1 引言8-11
• 1.2 相变存储器原理11-12
• 1.3 相变存储器研究进展12-13
• 1.4 相变存储器存在的问题13-14
• 1.5 本论文的主要工作14-15
• 第2章 实验条件和分析测试方法15-25
• 2.1 薄膜样品的制备和分析15-19
• 2.1.1 薄膜样品的制备15
• 2.1.2 薄膜样品的分析手段15-19
• 2.2 相变存储器器件的工艺和光电性能测试19-24
• 2.2.1 器件制备工艺流程19-23
• 2.2.2 器件的电学性能测试23-24
• 2.3 本章小结24-25
• 第3章 Sb_2Te掺杂改性材料的表征25-34
• 3.1 引言25
• 3.2 实验简介25
• 3.3 薄膜材料的性能分析25-32
• 3.3.1 薄膜材料电阻随温度变化分析25-26
• 3.3.2 薄膜电导激活能的分析26-27
• 3.3.3 薄膜材料数据保持力分析27-28
• 3.3.4 XRD对薄膜结构的分析28-29
• 3.3.5 TEM对薄膜结构的分析29-32
• 3.4 小结32-34
• 第4章 Sb_2Te掺杂改性材料的器件测试34-39
• 4.1 引言34
• 4.2 实验简介34
• 4.3 电学性能测试34-37
• 4.3.1 电流-电阻特性34-35
• 4.3.2 电阻-脉冲特性35
• 4.3.3 电阻-电压特性35-37
• 4.3.4 器件疲劳特性37
• 4.4 小结37-39
• 第5章 高热稳定性的W掺杂Sb3Te材料39-48
• 5.1 引言39
• 5.2 实验简介39-40
• 5.3 WXSb3Te材料的性能表征40-46
• 5.3.1 材料的热学性能40-42
• 5.3.2 材料的微观结构42-46
• 5.4 器件的电学性能46-47
• 5.5 本章小结47-48
• 第6章 全文总结和展望48-49
• 6.1 总结48
• 6.2 展望48-49
• 参考文献49-56
• 在读期间发表的学术论文及研究成果56-57
• 致谢57

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