碲系化合物半导体靶材制备及镀膜性能表征

发布时间：2020-04-22 10:48

【摘要】：非晶半导体TeAsGeSi材料具有阈值开关特性,其可在外加电压达到一定值时由高阻态瞬间转变为导通态,并在撤压后回复高阻态,此材料可作为选择开关以薄膜形式应用于新型相变存储器中,能大幅提高存储速度、存储密度和信息安全性。薄膜的性能取决于所使用靶材的质量,为制备出高致密度、成分均匀的高质量靶材,本文采用真空热压法,研究合金粉体原料、热压烧结工艺的不同对靶材性能的影响,分析烧结过程致密化机理。并将高性能靶材采用射频磁控溅射法进行镀膜实验,表征薄膜性能以验证靶材实用性。为研究不同晶态靶材性能的差异,采用不同结晶度的合金粉体为原料:熔炼后快速冷却的合金粉体呈非晶态,压制的靶材表面孔洞较多,致密度较低;缓慢冷却得到的粉体为多晶相,压制的靶材表面平整,结构紧密,粉体及靶材都有As2GeTe4、GeTe、As、Si多晶相;结合粉体检测结果确定烧结热压温度不超过340℃。为优化工艺条件,研究了不同保温保压时间对靶材性能的影响,计算了靶材晶相含量和主相晶粒尺寸,并以此为基础分析了致密化机理:保温保压1h靶材致密度低,2h和3h处理时间的靶材致密度较高,均达理论值的99%以上,3h烧结靶材有少量As元素损失;烧结初期颗粒开始结合成层状结构,热压作用下晶粒细化,中期平均晶粒尺寸长大,层状结构紧密,致密度进一步提高。烧结后期靶材致密度降低,并有As元素损失,因此确定了最佳工艺为保温保压2h。为验证靶材实用性,表征了薄膜性能:用高致密度的靶材可得到表面平整、厚度均匀、元素含量符合要求的薄膜;膜厚与镀膜时间成正比,沉积速率与镀膜功率成正比;热处理薄膜可使其成分结晶,材料阻值发生巨大改变,但薄膜受热易挥发损失;薄膜电流-电压曲线显示材料具有阈值开关特性,首次外加电压达到5.92v时薄膜导通,阻值由6.8-7.1010Ωmm转变为2.1·10-8Ω·mm,多次测试循环后薄膜仍保持阈值开关特性,且阈值电压基本保持不变,薄膜应用性能良好。本文采用真空热压法,选用熔炼后缓冷得到的多晶粉体为原料,在压力40MPa下升温至340℃并保温保压2h,制备了成分分布均匀、达理论密度99.3%的高质量靶材,将其进行镀膜实验,薄膜具有可循环的阈值开关特性,验证靶材可用于制备非晶半导体阈值开关层薄膜。
【图文】：

由相变存储器的作用原理，相变单元需要使用上下电极，对相变材料施加电压导逡逑致相变和读取数据，英特尔和美光公司研发的３ＤＸｐｏｉｎｔ内存己经面世，该技术的读逡逑写速度及存储密度皆为闪存的１０００倍［９］。其单元结构如图１．２所示，３Ｄ交叉的结构逡逑可简化为上下两电极中加入相变层薄膜和阈值开关层薄膜，这样的结构极其简单，大逡逑、逦大节省了空间和成本，此技术的问世必将带来存储界的新革命。逡逑３逡逑

料的阈值电压和其电极厚度无关。因此有人提出，在热理论中加入电子校正作用，即逡逑加入空间电荷的的流动，这种理论被称为热电理论，和热理论不同的地方是，因为空逡逑间电荷流动的存在，导电丝的电阻只受场强影响。热电理论示意图如图１．４所示：夕卜逡逑加场强达到一定值后，载流子数目增加，电极不能吸收更多电子，内电场进一步增强，逡逑强电场引起材料两端双注入，，此过程大大降低了接触和内部电阻，器件达到导态［１９］。逡逑６逡逑
【学位授予单位】：北京有色金属研究总院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN304.05

【参考文献】

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本文编号：2636440