掺杂的锑蹄和锗蹄相变薄膜的制备与性能研究

发布时间：2017-05-29 12:07

  本文关键词：掺杂的锑蹄和锗蹄相变薄膜的制备与性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着科技进步,计算机、手机等电子产品速度发展,存储器作为这些产品必不可少的一部分,越来越突显重要地位。磁存储器和闪存(Flash存储器),是目前最常见的两种非易失性存储器。闪存使用传统的浮栅型存储器结构,以电荷作为数据存储手段。浮栅存储器结构在尺寸微缩上受到它本身结构特点的影响,随着尺寸的不断微缩,终将难以突破更高的集成密度。人们正在寻找一种新的存储技术,能够具有更高的容量/体积比,更高的读/写速度,更长的保持时效,更低的能耗,更低的价格,取代闪存成为下一代存储技术。研究指出,相变存储技术作为一种新型非易失性存储器,其读写速度十分可观,并且数据保持能力优秀,寿命长,功耗低,尺寸微缩性能不受电荷隧穿效应的限制,并与现有的CMOS工艺相兼容。通过对相变材料施加不同脉宽、幅值的电压脉冲对材料进行写/擦数据操作。目前用于制备相变存储器件的较为成熟的材料是三元硫系化合物Ge2Sb2Te5(GST)。但是GST具有结晶温度(Tc)、激活能(Ea)较低等缺点,GST的数据保持性能较弱。研究指出某些二元硫系化合物具有更好的相变存储性能,结构简单,存储速度快等。本研究工作选择了两种具有代表性的二元相变材料Sb2Te和GeTe4进行了研究。通过对它们进行掺杂,研究了掺杂对相变材料结构与性能的影响。本研究主要工作如下：1)使用磁控溅射沉积工艺制备了二元化合物Sb2Te相变薄膜材料。采用贴合靶技术在Sb2Te薄膜材料中引入了不同组分的金属钛(Ti)。经过EDS表征,得到各给组分薄膜分别为Sb2Te、Ti0.16Sb2Te、Ti0.27Sb2Te和Sb2Te研究发现,随着掺入Ti含量的增加,薄膜的结晶温度(Tc)从Sb2Te的140℃逐渐提升,Ti0.16Sb2Te、Ti0.27Sb2Te、Ti0.64Sb2Te的Tc分别增加到153℃、159℃、 174 ℃。 Tc的提高预示着薄膜的热稳定性变得更好,数据保持能力得到了较好的提升。同时我们对各组分薄膜的相变激活能(Ea)进行了推算。Sb2Te, Ti0.16Sb2Te和Ti0.64Sb2Te的Ea分别为1.90 eV,2.80 eV,2.97 eV,4.01 eV。更大的Ea表明,薄膜材料在沉积态下具有更高的热稳定性,数据保持性能越好。2)使用磁控溅射沉积工艺制备了二元化合物GeTe4相变薄膜材料。采用贴合靶技术在GeTe4薄膜材料中掺杂了不同的金属元素,包括铜(Cu)、铝(A1)、钛(Ti)。研究了GeTe4薄膜及掺杂GeTe4薄膜的存储性能。采用EDS表征了掺杂Cu的GeTe4各组分薄膜依次为GeTe4, Cu0.52GeTe4, Cu0.81GeTe4, Cu1.37GeTe4。对四种薄膜进行电阻温度依赖特性的表征,测得其Tc其别为260℃,241 ℃,234℃,225℃。 Tc逐渐下降,预示着掺入Cu后,薄膜的热稳定性降低,数据保持性能变弱。使用同样的工艺,在GeTe4薄膜掺入A1。使用EDS表征了薄膜材料分别为GeTe4, Al0.19GeTe4, Al0.33GeTe4, Al0.64GeTe4。它们的Tc分别为260 ℃,256 ℃,257 ℃,240 ℃。当A1的掺杂含量不大时,GeTe4薄膜的Tc变化不大,而掺入较多的A1会使GeTe4薄膜Tc下降。结果表明,掺入Cu和Al,对GeTe4薄膜相变特性改善意义不大。使用贴合靶工艺,通过磁控溅射制备了掺杂Ti的GeTe4薄膜,经过EDS表征,其组分为Ti0.03GeTe4。 GeTe4, Ti0.03GeTe4薄膜的Tc分别为260℃,295℃。掺入Ti后GeTe4薄膜热稳定性提升,数据保持能力得到改善,但是掺入Ti后GeTe4薄膜沉积态电阻(RA)下降,结晶态电阻(Rc)增加,薄膜的开关阻态差异缩小。Ti掺杂对GeTe4薄膜有一定的改善,但是同时也使部分性能下降。
【关键词】：锑碲化合物 锗碲化合物 二元相变材料 掺杂
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TP333
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第一章 绪论12-30
• 1.1 存储器背景12-14
• 1.2 Flash存储器14-16
• 1.3 相变存储器16-22
• 1.3.1 相变存储器概述16-21
• 1.3.2 相变存储材料的性能优化21-22
• 1.4 本论文的工作意义、目的和内容22-24
• 参考文献24-30
• 第二章 相变材料薄膜的制备及表征方法30-45
• 2.1 二元硫系化合物材料的制备工艺30-35
• 2.1.1 磁控溅射工艺介绍30-31
• 2.1.2 相变材料薄膜的制备31-33
• 2.1.3 二元硫系化合材料靶材的制备33-34
• 2.1.4 薄膜快速热退火处理34-35
• 2.2 二元化合物相变材料薄膜的性能表征35-43
• 2.2.1 电阻随温度的变化特性(R-T特性)35-37
• 2.2.2 X射线衍射(XRD)37-38
• 2.2.3 X射线光电子能谱(XPS)38-40
• 2.2.4 原子力显微(AFM)40-41
• 2.2.5 扫描电子显微镜(SEM)41-43
• 2.3 本章小结43-44
• 参考文献44-45
• 第三章 Sb_2Te薄膜及其掺杂研究45-61
• 3.1 掺杂的锑碲相变材料的研究背景45
• 3.2 Sb_2Te及掺钛后薄膜的制备和表征45-46
• 3.3 Sb_2Te及掺钛后薄膜的结构和性能表征46-56
• 3.3.1 Sb_2Te中的钛掺杂组分的表征46-47
• 3.3.2 薄膜的结晶性能表征47-49
• 3.3.3 薄膜的X射线光电子能谱表征49-51
• 3.3.4 钛掺杂的Sb_2Te薄膜的扫描电子显微镜分析51-52
• 3.3.5 薄膜的原子力显微镜表征分析52-53
• 3.3.6 薄膜的电阻依赖温度的变化特性53-54
• 3.3.7 钛掺杂的Sb_2Te薄膜的数据保持性能54-56
• 3.4 本章小结56-58
• 参考文献58-61
• 第四章 GeTe_4薄膜及其掺杂研究61-76
• 4.1 掺杂GeTe_4的相变材料研究背景61-62
• 4.2 GeTe_4薄膜及掺杂后的GeTe_4薄膜的制备62-63
• 4.3 GeTe_4薄膜及掺杂Cu的GeTe_4薄膜63-65
• 4.3.1 GeTe_4薄膜及掺杂Cu的GeTe_4薄膜的组分表征63-64
• 4.3.2 GeTe_4薄膜及掺杂Cu的GeTe_4薄膜的电学性能表征64-65
• 4.4 GeTe_4薄膜及掺杂Al的GeTe_4薄膜65-68
• 4.4.1 GeTe_4薄膜及掺杂Al的GeTe_4薄膜的组分表征65-66
• 4.4.2 GeTe_4薄膜及掺杂Al的GeTe_4薄膜的电学性能表征66-68
• 4.5 GeTe_4薄膜及掺杂Ti的GeTe_4薄膜68-71
• 4.5.1 GeTe_4薄膜及掺杂Ti的GeTe_4薄膜的组分表征68-69
• 4.5.2 GeTe_4薄膜及掺杂Ti的GeTe_4薄膜的电学性能表征69-70
• 4.5.3 GeTe_4薄膜及掺杂Ti的GeTe_4薄膜的结晶性能表征70-71
• 本章小结71-73
• 参考文献73-76
• 第五章 结论与展望76-79
• 5.1 结论76-77
• 5.2 展望77-79
• Publication List79-80
• 致谢80-82

【共引文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 胡孔刚;段兴凯;满达虎;丁时锋;金海霞;;真空熔炼及热压烧结Sb_2Se_3热电材料的微结构研究[J];热加工工艺;2012年14期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 王国祥;新型Sb-Te基薄膜制备与相变性能研究[D];中国科学院研究生院（上海技术物理研究所）;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 李明;锗系材料原位变温结构检测及其相变机理探讨[D];上海工程技术大学;2013年

  本文关键词：掺杂的锑蹄和锗蹄相变薄膜的制备与性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：404847