基于电化学沉积法的碲化锗薄膜及纳米线研究

发布时间：2020-04-08 09:37

【摘要】：相变存储器(PCRAM)作为最具潜力的新型存储器之一,近来受到了越来越多人的关注。随着摩尔定律的不断推进,PCRAM的存储密度也在不断提升,其特征尺寸已达到22nm以下。作为PCRAM的功能材料,相变材料到达纳米尺度后会表现出与块体材料截然不同的结构及特性,因此研究相变材料的纳米尺寸效应是实现高密度PCRAM的基础和必由之路。但目前,上述研究仍受限于传统的光刻工艺,因此对于相变材料的新型制备手段和结构的研究极具价值和挑战。电化学沉积法是一种稳定可靠的材料制备方法,通过对沉积参数的调整可实现对材料生长的精准调控,并制备出具有良好晶体取向的材料。本文研究了含锗硫系化合物的电化学制备方法,重点关注碲化锗薄膜和纳米线的制备,并对其进行了表征测试和相关结构分析,取得的主要成果如下:(1)针对目前含锗硫系化合物电化学沉积的难点,提出了减少还原电位差和抑制析氢反应的解决方法。根据上述思路,在ITO导电玻璃上首先进行了碲化锗薄膜的电化学沉积实验。实验过程中,以氨三乙酸为络合剂以减少还原电位差,在电解液的配置中通过调节溶液pH值并采用恒电流沉积法以控制反应速率以抑制析氢反应来实现锗和碲的共沉积。以络合剂浓度和电流密度为调节变量,沉积了多组碲化锗薄膜样品。通过对薄膜形貌—组分—结构的对比分析,发现络合剂浓度为0.05mol/L,电流密度为2mA/cm~2为最佳的碲化锗沉积参数。(2)以多孔氧化铝为模板,利用电化学沉积法进一步制备出碲化锗纳米线。通过对碲化锗纳米线微观结构的表征和分析,发现此纳米线为面心立方结构,直径为50纳米,长度为几百纳米到几十微米不等。通过对碲化锗纳米线选区电子衍射结果的标定,发现其具有较大的晶面间距,并用第一性原理计算分析了温度对碲化锗微观结构的影响。这种结构调控能力将为在相变纳米线中实现超低功耗、非熔融相变存储打下坚实的基础。
【图文】：

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华中科技大学硕士学位论文了适应市场对存储器容量，读写速度，擦写次数及保持能力等多方面目前已有铁电存储器（FRAM）、相变存储器（PCRAM）、磁存储器（M存储器（RRAM）等新型非易失性存储器被提出，本文便是在相变存行的研究。变存储器变存储器是一种新型非易失性存储器，，具有高密度、低功耗和成本低等是最有可能取代动态随机存储器和闪存等当前主流产品而成为未来品的新型存储器之一。相变材料作为相变存储器的功能材料，其在晶间快速的相变则是相变存储器实现存取功能的基础。相变存储器的具图1.1所示。

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华中科技大学硕士学位论文1.3 相变材料相变存储器的发展离不开对相变材料的研究，而相变材料以硫系化合物为主，它通常至少包含一个 VI 族元素（硫族，比如 S、Se、Te），一般与 IV 族元素（如As、Sb）和 V 族元素（如 Ge、Sn）相结合。大部分的相变材都含有元素 Te，一般与 Ge 和 Sb 结合。目前 Ge-Sb-Te 系列合金是目前最成熟的相变材料体系，而Ge2Sb2Te5则是目前综合性能最优异，应用最广泛的相变存储材料。图 1.2 列举了Ge-Sb-Te 系列材料发展历程和在存储领域上的应用。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP333

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