高速、高数据保持力的GeTe和SbTe基相变材料研究

发布时间：2018-03-07 17:33

  本文选题：PCRAM　切入点：PCM　出处：《华东师范大学》2013年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：近十几年来,随着集成电路工艺技术的不断发展,半导体器件单元尺寸随之减小。传统存储方式如SRAM、DRAM和Flash已经逼近物理极限,很难再往高密度方向发展。例如,大尺寸的SRAM很难构成高密度的缓存芯片；NOR Flash很难在40nm节点以下继续缩小；DRAM和NAND Flash在20nm节点以下也会面临着相同的问题。 然而,更高密度的存储器是目前市场的需求所向,所以新兴半导体存储技术例如FRAM、MRAM、RRAM及PCRAM开始逐渐孕育成长。尤其是PCRAM,它被认为是现有主流存储技术的首选替代者。本文从提升PCRAM性能的角度出发,提出了一系列高性能新型相变存储材料,并对其相变行为开展了系统研究,取得了如下创新性成果： 1.研究了N掺杂对GeTe和Ge3Te2材料相变行为的影响,获得了高数据保持力、高可靠性和低功耗的相变存储材料。 优化出N含量为9.81%的N掺杂GeTe材料,其结晶温度高达372℃,十年数据保持温度为241℃,器件功耗比Ge2Sb2Te5低,循环次数接近106。同时,考虑到N与Ge成键以后有Te析出的可能,将掺杂对象改为Ge3Te2。系统表征了N掺杂对Ge3Te2材料热学特性、光学特性、结晶过程、器件性能的影响,发现N、Ge成键形成的GeNx会以稳定非晶态的形式围绕在GeTe的晶粒周围,减小了材料的相变区域,从而降低器件功耗。 2.开发了AI-Sb-Te新型相变材料体系,发现其高速、高数据保持力和低熔点的特性,并证明该材料体系具有稳定的电学存储功能。 以快速相变材料SbTe为基,引入Al元素,不仅继承了SbTe的快速相变特性,Al跟Sb、Te形成的化学键还能增加薄膜的热稳定性,对提高数据保持力有很大帮助。发现了Al0.8Sb3Te,Al1.3Sb3Te等优秀的材料组分,十年数据保持温度可达131℃。基于Al-Sb-Te材料的PCRAM器件单元在7ns的电压脉冲诱导下可以完成SET操作(同样结构的Ge2Sb2Te5器件SET时间30ns),SET和RESET电压远远低于传统的Ge2Sb2Te5材料,同时具有良好的疲劳特性(循环次数约为2.5×104)。 3.提出了用于PCRAM的Wx(Sb2Te)1-x相变材料并且证明了其应用价值,很好 地解决了传统相变材料结晶速度和数据保持力的矛盾问题。Ws(Sb2Te)1-x材料的结晶温度、晶态电阻和十年数据保持力都随着W含量的增加而迅速提升。当W含量为12%时,该材料十年数据保持温度可以达到173℃。此材料相变时由非晶态快速转变为稳定的六方结构,没有相分离现象,而且W元素作为替位杂质均匀分布于Sb2Te的晶格当中,这就保证了该材料在实际器件中能够快速稳定地工作。基于Wo.o7(Sb2Te)o.93薄膜的器件在6ns的电压脉冲下能实现稳定的SET操作,疲劳次数为1.8x105。W-Sb-Te被证明为一种能够权衡相变速度和数据保持力的优秀相变材料。 4.提出了用于PCRAM的W-Ge-Te相变材料,解决了GeTe薄膜成分偏析的问题,同时提高了薄膜结晶速度和非晶态热稳定性,是一种综合性能非常优异的相变材料。 W元素与Ge、Te成键以后,由于W原子较大的原子质量,从而限制了Ge、Te原子的大范围移动,降低了GeTe薄膜结晶过程中的元素扩散现象。。其中W含量10%的W-Ge-Te薄膜十年数据保持温度高达225℃,在激光脉冲诱导下薄膜结晶时间仅3ns。基于该薄膜的PCRAM器件能在10ns的电胝脉冲下进行可逆相变,疲劳次数接近106,为PCRAM的应用提供了一种高性能的存储媒介。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：华东师范大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TB34;TP333

【共引文献】

相关期刊论文 前10条

1 尹东光;高文亮;张彩霞;张静静;张海东;;偏二甲肼分子化学键解离能的理论计算[J];火炸药学报;2011年03期

2 刘威;纪树兰;秦振平;牛洪金;刘吉达;;PDMS-b-PPO共聚物的合成及优先透醇性能研究[J];北京工业大学学报;2012年05期

3 戴乐阳;曹彪;曾美琴;欧阳柳章;朱敏;;用于材料表面改性的空气介质阻挡放电发射光谱研究[J];中国表面工程;2007年02期

4 刘培生;夏凤金;崔光;;一种具有微纳孔隙结构的二氧化钛多孔膜层光催化系统[J];材料工程;2012年03期

5 罗渝然;俞书勤;张祖德;;平均键能方法现在还值得推荐吗?[J];大学化学;2011年04期

6 罗渝然;;3种化学键离解能的区别和联系[J];大学化学;2012年02期

7 王晓静;孙才新;;介质阻挡放电去除甲醛的密度泛函分析[J];重庆大学学报;2010年11期

8 郭玉文;刘景洋;乔琦;梁继军;张建强;;TFT-LCD液晶材料焚烧产物及反应过程分析[J];重庆大学学报;2011年07期

9 董秋花;刘明阳;赵中一;;TiO_2催化降解结晶紫的降解历程探究[J];环境科学与技术;2010年09期

10 李秋荣;白明华;贺君;武金宝;;低碳烃脱除NO气体的热力学分析及实验研究[J];钢铁;2008年03期

相关会议论文 前1条

1 李战国;朱勇兵;朱晓明;;流光电晕放电对2-氯乙基乙基硫醚气体的降解研究[A];2013中国环境科学学会学术年会论文集（第五卷）[C];2013年

相关博士学位论文 前10条

1 祝红梅;医疗废物中典型组分的热解焚烧特性及回转式流化冷渣三段焚烧系统的数值模拟[D];浙江大学;2009年

2 李清明;抗原子氧用含磷聚芳醚和聚酰亚胺材料的制备及研究[D];吉林大学;2011年

3 叶丽华;生物柴油喷雾特性与NOx排放控制的研究[D];江苏大学;2011年

4 赵磊;SiO_(2f)/SiO_2复合材料与Invar合金的钎焊接头界面结构及形成机理[D];哈尔滨工业大学;2010年

5 宫贵贞;煤在NaOCl水溶液中的选择性氧化和产物的精细分离[D];中国矿业大学;2011年

6 张尤华;生物质一体化制氢研究[D];华东理工大学;2012年

7 区定容;纳米复合薄膜的近场光学性能[D];清华大学;2004年

8 郭明星;等离子体条件下分子氧和丙烯进行气相氧化反应的研究[D];大连理工大学;2006年

9 董国君;铁镍硼纳米合金的合成及性能研究[D];哈尔滨工程大学;2006年

10 游国强;新型镁熔体气体保护技术基础研究[D];重庆大学;2007年

相关硕士学位论文 前10条

1 祝超;N-羟基-4-二茂铁基邻苯二甲酰亚胺的合成与性质研究[D];郑州大学;2010年

2 赵渊;煤直接液化反应热的测定与计算[D];煤炭科学研究总院;2010年

3 区瑞锟;介质阻挡放电等离子体中的活性粒子及其降解甲醛的研究[D];华南理工大学;2011年

4 高扬;以苯乙烯和四氯化碳合成肉桂酸的研究[D];浙江工业大学;2010年

5 汪剑锋;无极紫外灯光解氧化去除恶臭气体中硫化氢的研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

6 王东方;大气等离子体加工熔石英材料过程的若干影响因素研究[D];哈尔滨工业大学;2011年

7 许建安;用于相变存储器的SnTe-Ge_2Sb_2Te_5和Bi_2Te_3基相变材料研究[D];上海交通大学;2012年

8 何郭靖;船用柴油机燃烧机理与排放模拟研究[D];哈尔滨工程大学;2011年

9 娄静;典型工业污染土壤的介质阻挡放电等离子体修复技术研究[D];大连理工大学;2011年

10 陈刚;聚对苯二甲酰对苯二胺（芳纶1414）聚合技术的研究[D];长春工业大学;2011年

，

本文编号：1580270