相变存储器用Mg掺杂硫族化合物性能的研究
发布时间:2017-08-25 06:49
本文关键词:相变存储器用Mg掺杂硫族化合物性能的研究
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【摘要】:随着人类社会的飞速发展,电子产品市场对存储器的要求与日俱增。闪存是目前世界上最主流的存储器,但是进入45nm技术节点后,器件的大小将难以进一步缩小,其发展已经遭遇技术瓶颈的困扰。因此,世界各大半导体公司都在研发新型的存储器。相变存储器因具有读取速度快、可擦写次数高、功耗低、与COMS工艺兼容的优势,逐渐成为非常有潜力的新型存储器。本论文从相变所需的材料入手,对目前相变存储器材料出现的一些问题,制备了几种Mg掺杂的新型相变存储材料,并对其进行结构和性能的研究,通过优化期望找出最有潜力的薄膜组分作为存储介质。主要进行了以下几方面的研究:(1)制备了Mg-ZnSb薄膜,主要对薄膜的结构和电学特性进行了系统性的研究。研究表明掺杂Mg元素后,经过XPS测试显示,Mg元素已经和ZnSb形成了Mg-Zn、MgSb新键。薄膜的晶化温度由257 oC升高到278 oC。但是薄膜的晶态电阻、非晶态电阻以及电阻的开关比却在不断减小。(2)通过对Mg-Ge-Te薄膜体系的研究表明Mg元素已经掺杂到Ge2Te薄膜中,破坏了原来的Ge-Te键形成Mg-Ge和Mg-Te新键。由于Mg元素的掺杂,薄膜的晶化温度、晶态电阻、非晶态电阻相对于Ge2Te薄膜都有了一定的提升,并且电阻的开关比也增大了。此外,Mg元素还提升了相变速率,并且Mg元素含量越多相变速率也越快。其中Mg14.2(Ge2Te)85.8薄膜的晶化温度是236oC,开关比是1.6×108。(3)通过对Mg-Sb-Te薄膜体系的研究发现Mg对Sb2Te、Sb7Te3和Sb4Te几个组分的薄膜的性能都有一定的的改变。Mg元素引入后,Mg与Sb、Te都成键,这些新键的形成有助于薄膜的结晶温度和非晶态稳定性的提升。同时掺杂Mg元素后,薄膜的析晶过程受到抑制,Mg元素分布在晶粒周围抑制了晶粒的增长。根据激光诱导平台测试结果表明,Mg元素提升了相变速率,不论是晶化开始时间还是晶化结束时间都大大缩短了。此外,还发现随着Sb含量的增加晶化开始的时间和晶化结束的时间也在不断减少。Mg21.5(Sb2Te)78.5、Mg22.7(Sb7Te3)77.3、Mg19.8(Sb4Te)80.2薄膜的晶化温度是183?C、176?C、187?C,结晶化结束时间是55ns、55ns、20ns。通过对各个体系的组分进行分析发现,薄膜的最优组分是Mg元素含量大约在20%左右的时候。Mg元素不但能够使Sb-Te基薄膜的稳定性有一定的改善,还能够使薄膜的晶化速率远远快于GST(250ns),这样解决了相变速率慢、稳定不好的问题。
【关键词】:相变存储器 电学特性 Mg掺杂 ZnSb Ge2Te Sb-Te
【学位授予单位】:宁波大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TP333
【目录】:
- 摘要4-6
- Abstract6-10
- 引言10-11
- 绪论11-22
- 1.1 闪存11-12
- 1.2 几种新型非易失性存储器及其性能的比较12-15
- 1.2.1 铁电存储器12-13
- 1.2.2 磁随机存储器13
- 1.2.3 相变存储器13-15
- 1.2.4 非易失性存储器的性能比较15
- 1.3 相变存储器的研究现状15-17
- 1.4 相变存储材料17-19
- 1.4.1 相变材料的要求17-18
- 1.4.2 相变存储材料的发展历程18-19
- 1.5 相变存储器面临的问题19-20
- 1.6 本论文的研究意义及内容20-22
- 2 实验和分析测试方法22-25
- 2.1 薄膜样品制备及热处理22
- 2.1.1 薄膜样品制备22
- 2.1.2 薄膜热处理22
- 2.2 材料性能表征22-25
- 2.2.1 薄膜膜厚测试22-23
- 2.2.2 组分测试23
- 2.2.3 原位电阻测试23
- 2.2.4 光学带隙测试23
- 2.2.5 显微结构分析23-24
- 2.2.6 激光诱导分析24-25
- 3 Mg-Zn-Sb相变材料的光电性能及结构研究25-29
- 3.1 薄膜样品的制备25
- 3.2 Mg-ZnSb相变薄膜的结构分析25-27
- 3.3 Mg-ZnSb相变薄膜的电学特性27-28
- 3.4 本章小结28-29
- 4 Mg-Ge-Te相变材料的光电性能及结构研究29-36
- 4.1 薄膜样品的制备29
- 4.2 Mg-Ge-Te相变材料的结构分析29-32
- 4.3 Mg-Ge-Te相变材料的电学特性32-33
- 4.4 Mg-Ge-Te相变材料的光学特性33-34
- 4.5 本章小结34-36
- 5 Mg-Sb-Te相变材料的光电性能及结构研究36-62
- 5.1 薄膜样品的制备36-37
- 5.2 Mg-Sb_2Te相变薄膜的结构及性能37-46
- 5.2.1 结构分析37-40
- 5.2.2 电学特性40-41
- 5.2.3 热学特性41-43
- 5.2.4 光学特性43-46
- 5.3 Mg-Sb_7Te_3相变薄膜的结构及性能46-53
- 5.3.1 结构分析46-48
- 5.3.2 电学特性48-49
- 5.3.3 热学特性49-50
- 5.3.4 光学特性50-53
- 5.4 Mg-Sb_4Te相变薄膜的结构及性能53-60
- 5.4.1 结构分析53-56
- 5.4.2 电学特性56
- 5.4.3 热学特性56-57
- 5.4.4 光学特性57-60
- 5.5 本章小结60-62
- 6 总结与展望62-64
- 6.1 研究总结62-63
- 6.2 工作展望63-64
- 参考文献64-70
- 在学研究成果70-71
- 致谢71-72
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前1条
1 汪昌州;翟继卫;姚熹;;基于相变存储器的相变存储材料的研究进展[J];材料导报;2009年15期
,本文编号:735685
本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/jisuanjikexuelunwen/735685.html