掺杂金属元素GST纳米薄膜原位电致相变研究

发布时间：2017-11-21 10:32

  本文关键词：掺杂金属元素GST纳米薄膜原位电致相变研究

  更多相关文章： Ag-GST Zn-GST 原位TEM 电致相变 多阻态存储

【摘要】：PCRAM主要是利用相变存储材料非晶态与晶态结构转变之间的电阻值差进行数据的存储。目前PCRAM对于材料的要求也日趋严格,比如提高材料性能,减小尺寸,实现多级存储,降低阈值电压等,这些都对相变材料的基础性能研究提出了更高的要求。原位下研究相变薄膜材料的动态相变过程对于PCRAM的开发制备具有重要意义。本论文以原位透射电子显微学技术结合特殊的电学性能测试平台,针对磁控溅射方法制备的含不同金属掺杂元素(Zn、Ag)的GeSbTe薄膜,开展了原位相变动态过程的研究,并探讨了材料性能与结构之间的关系,具体的工作如下:1.利用磁控溅射技术将Zn和Ag掺杂进入GeSbTe(GST),并直接溅射在覆有碳膜的铜网上,并在透射电子显微镜中利用Nanofactory的电学测试平台,对两种金属掺杂下的GeSbTe薄膜进行了原位电子显微学研究,记录了在TEM中进行电场加载下的原位结构演变,得到结构转变对应的电学性能变化,为原子尺度研究纳米材料结构与性能关系提供有效方法。2.原位观察了Zn-GST薄膜电致相变过程。在透射电镜中利用电学测试平台,原位记录了Zn-GST纳米薄膜形貌上先向电极方向扩展,而后迅速破损全过程,并记录了阈值的迅速转换。根据加载电压的大小与时间长短,得到掺杂Zn可以降低GST的阈值转换电压,降低器件损耗。电流密度引起的焦耳热使薄膜材料的温度产生度梯变化,使得薄膜破损。并结合选区电子衍射和径向分布函数分析,得到Zn-GST薄膜材料在晶化过程具有区域选择性,这为PCRAM的失效部位查找提供依据。3.原位观察了Ag-GST薄膜电致相变过程。在透射电镜中利用电学测试平台,原位记录了Ag-GST纳米薄膜在电场作用下衬度发生明显变化。根据加载电压前后的结构转变和电学性能变化,得到掺杂Ag更可以降低GST的阈值电压,并且转变迅速,降低了器件的设置过程(SET)损耗功率,提高SET速率。至关重要的是在加载负向电压时,Ag-GST薄膜在结构的转变同时电阻随之转变,增加一个中间态的电阻值;加载正负方向电压操作简单,可重复性强,为多阻态存储研发提供参照性依据。4.拓宽了原位透射电镜电学性能样品杆的应用范围,将透射电镜电学性能测试样品杆与光镜结合,对微观变化进行分析研究,以排除由于电子束的辐照而引入的干扰。并结合EDS进一步分析,证明了Ag-GST薄膜在电场作用下,薄膜内Ag导电丝的形成提高导电性,降低电阻值;Ag导电丝断裂降低导电性,但是Ag的迁移运动使薄膜晶化,增加中间态阻值,使薄膜电阻值在高阻值-低阻值-中间阻值相互转换,形成多阻态存储。
【学位授予单位】：北京工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP333;TB383.2

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本文编号：1210640