Технология получения и электрофизические свойства тонких пленок материалов системы Ge-Sb-Te, предназначенных для устройств фазовой памяти тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.06, кандидат наук Лазаренко, Петр Иванович

• Лазаренко, Петр Иванович
• кандидат наук
• 2014

Оглавление диссертации кандидат наук Лазаренко, Петр Иванович

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Перспективы использования энергонезависимой фазовой памяти

1.1.1. Оценка рынка запоминающих энергонезависимых устройств

1.1.2. Память нового поколения (PCM, MRAM, FRAM, RRAM)

1.1.3. История создания фазовой памяти

1.1.4. Принцип действия РСМ: операции записи, считывания и перезаписи информации в фазовой памяти

1.2. Программируемые материалы РСМ

1.2.1. Общие свойства тонких пленок квазибинарного разреза Sb2Te3 -GeTe

1.2.2. Особенности фазовых переходов материалов квазибинарного разреза Sb2Te3 - GeTe

1.3. Электрофизические свойства тонких пленок материалов фазовой памяти

1.3.1. Модели распределения плотности состояний в щели по подвижности и механизмы переноса носителей заряда в ХСП

1.3.1.1. Модели энергетических зон неупорядоченных полупроводников

1.3.1.2. Особенности распределения энергетических состояний в ХСП. Концепция U-минус центров

1.3.1.3. Механизмы переноса носителей заряда в ХСП

1.3.2. Вольт-амперные характеристики тонких пленок ХСП

1.3.3. Эффект переключения в ХСП

1.4. Требования к программируемым материалам РСМ-ячеек

1.5. Влияние модифицирующих примесей на свойства тонких пленок

Ое28Ь2Те5

1.6. Постановка задач исследования

Выводы по главе

Глава 2. ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБРАЗЦОВ И МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ

2.1. Синтез халькогенидных полупроводников

2.2. Технология осаждения тонких пленок ХСП

2.2.1. Обоснование выбора метода напыления наноразмерных пленок ХСП

2.2.2. Вакуумно-термическое испарение

2.2.3. Магнетронное распыление

2.3. Методы и методики исследований свойств халькогенидных тонких пленок

2.3.1. Методы исследования состава и структуры

2.3.1.1. Рентгенофазовый анализ

2.3.1.2. Резерфордовское обратное рассеяние

2.3.1.3. Рентгеноспектральный микроанализ

2.3.2. Методы исследования морфологии поверхности

2.3.2.1. Растровая электронная микроскопия

2.3.2.2. Атомно-силовая микроскопия

2.3.3. Методики исследования электрофизических свойств

2.3.3.1. Технология изготовления планарных структур для измерений электрофизических характеристик

2.3.3.2. Измерение ВАХ при нагреве

2.3.3.3. Измерение ВАХ при охлаждении

2.3.3.4. Измерение термо-ЭДС

Выводы по главе

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ТОНКИХ ПЛЕНОК И ПЛАНАРНЫХ СТРУКТУР НА ОСНОВЕ МАТЕРИАЛОВ КВАЗИБИНАРНОГО РАЗРЕЗА 8Ь2Те3 - СеТе

3.1 Исследование состава и структуры

3.1.1. Рентгенофазовый анализ

3.1.2. Резерфордовское обратное рассеяние

3.1.3. Рентгеноспектральный микроанализ

3.1.3.1. РСМА пленок ОБТ225, осажденных методом ВТИ

3.1.3.2. РСМА пленок в8Т225, осажденных ВЧ магнетронным напылением

3.2. Влияние термообработки на удельное сопротивление и морфологию поверхности

3.2.1. Температурные зависимости удельного сопротивления

3.2.2. Влияние термообработки на морфологию поверхности тонких пленок в8Т225

3.2.2.1. АСМ анализ морфологии тонких пленок в8Т225

3.2.2.2. РЭМ анализ морфологии планарных образцов

3.3. Оптимизация тестовой планарной структуры

3.3.1. Защитный слой ТЮХ

3.3.2. Защитный слой 8Ю2

3.4. Электрофизические и температурные характеристики оптимизированных планарных структур тонких пленок на основе материалов квазибинарного разреза 8Ь2Те3 - ОеТе

3.5. Влияние метода напыления на свойства тонких пленок в8Т225

Выводы по главе

Глава 4. ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ТОНКИХ ПЛЕНОК НА ОСНОВЕ МАТЕРИАЛОВ СИСТЕМЫ Ge-Sb-Te

4.1. Вольтамперные характеристики аморфных тонких пленок на основе материалов квазибинарного разреза Sb2Te3 - GeTe

4.2. Механизмы переноса носителей заряда в аморфных тонких пленках на основе материалов квазибинарного разреза Sb2Te3 - GeTe

4.2.1. Диапазон низких напряженн остей электрического поля (Е <1*103 В/см)

4.2.2. Диапазон средних напряженностей электрического поля (1-103 < Е < 1104 В/см)

4.2.3. Диапазон высоких напряженностей электрического поля (Е> 1-Ю4 В/см)

4.2.4. Анализ влияния состава на электрофизические свойства и механизмы переноса в тонких пленках материалов системы Ge-Sb-Te

4.3. Эффекты переключения и памяти в тонких пленках Ge2Sb2Te5

4.3.1. Эффект памяти в структурах с вертикальным расположением электродов

4.3.2. Электрическое переключение с памятью в тонких пленках при воздействии постоянным напряжением

4.3.3. Электрическое переключение с памятью в тонких пленках при воздействии импульсным напряжением

4.3.3.1. Разработка исследовательского комплекса для исследования электрического переключения в тонких пленках при импульсном напряжении

4.3.3.2. Электрическое переключение тонких пленок GST225 при импульсном напряжении

Выводы по главе

ГЛАВА 5. ВЛИЯНИЕ МОДИФИЦИРУЮЩЕЙ ПРИМЕСИ ВИСМУТА НА ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ Ge2Sb2Te5

5.1 .'Состав и структура тонких пленок системы Ge-Sb-Te-Bi

5.1.1. Исследование структуры методом РФА

5.1.2. Элементный состав тонких пленок

5.2. Влияние Bi на электрофизические свойства тонких пленок Ge2Sb2Te5

5.2.1. Температурные зависимости удельного сопротивления

5.2.2. Вольт-амперные характеристики

5.2.2.1. Диапазон низких напряженностей электрического поля (Е < 1-Ю3 В/см)

5.2.2.2. Диапазон средних напряженностей электрического поля (1-Ю3 <Е<.МО4В/см)

5.2.2.3. Диапазон высоких напряженностей электрического поля (Е> МО4 В/см)

5.2.3. Анализ влияния модифицирующей примеси висмута на электрофизические свойства и механизмы переноса носителей заряда в тонких пленках материалов системы Ge-Sb-Te

5.3. Практические рекомендации для оптимизации и совершенствования технологии создания фазовой памяти

Выводы по главе

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Технология получения и электрофизические свойства тонких пленок материалов системы Ge-Sb-Te, предназначенных для устройств фазовой памяти»

ВВЕДЕНИЕ

Благодаря расширению возможностей цифровых устройств, способных накапливать и переносить данные, спрос на компактные модули хранения информации постоянно увеличивается [1]. В частности, только рост продаж SSD-дисков, создаваемых на основе наиболее распространенной технологии флэш-памяти, увеличится с 31,1 млн. долларов в 2012 до 227,1 млн. долларов в 2017 г. [1]. Однако, несмотря на высокие темпы роста и объемы производства, устройства флэш-памяти обладают низкой скоростью записи информации (10 ООО не) [2], недостаточным количеством циклов записи информации (104 105), низкой радиационной стойкостью [3], достигнутым пределом уменьшения геометрических размеров ячейки памяти [4].

Одним из основных кандидатов для памяти нового поколения является энергонезависимая фазовая память (РСМ). В работах [5-10] отмечается, что устройства электрической фазовой памяти благодаря своим характеристикам смогут заменить не только флэш-память, но и современные накопители на основе жестких магнитных дисков, динамическую и статическую оперативную память, а также радиационностойкую память специального назначения.

Принцип работы РСМ-устройств основан на быстротекущих, обратимых фазовых переходах «аморфное кристаллическое состояние», происходящих в нанообъеме халькогенидного полупроводника под действием внешних низкоэнергетических воздействий и сопровождающихся скачкообразным изменением электрических характеристик. Наиболее перспективными материалами для РСМ считаются материалы системы Ge-Sb-Te, в частности материалы, лежащие на линии квазибинарного разреза GeTe - Sb2Te3 [4-10].

Однако несовершенство технологии РСМ затрудняет переход от создания экспериментальных прототипов к масштабному производству. Оптимизация технологии РСМ является сложной и комплексной задачей, требующей нахождения компромиссных решений при выборе между зачастую противоречащими друг другу требованиями к свойствам программируемых материалов.

Для создания надежного и конкурентоспособного запоминающего устройства (ЗУ) требуется разработка целенаправленных и эффективных методов управления электрофизическими свойствами халькогенидных стеклообразных полупроводников (ХСП), что является сложной научно-технической проблемой, не решенной до настоящего времени. Хорошо известно, что у большинства ХСП из-за большой плотности состояний в щели подвижности происходит эффективное закрепление уровня Ферми в середине щели подвижности, что существенно усложняет управление электрофизическими свойствами [11].

Одним из возможных путей решения данной проблемы может быть введение модифицирующего элемента, изоморфного с одним из основных компонентов халькогенидного полупроводника, что должно обеспечить примесное замещение и изменение электрофизических свойств. С этих позиций перспективной модифицирующей примесью для Се28Ь2Те5 является элемент ЕИ, изоморфный с БЬ.

Следует отметить, что экспериментальные данные по изучению влияния модифицирующей добавки В! на электрофизические свойства тонких пленок Ое28Ь2Те5 немногочисленны, а влияние введения малых концентраций висмута (< 3 ат. %) на электрофизические свойства, температуру фазового перехода и морфологию поверхности тонких пленок РСМ-материалов практически не изучено. Кроме того, недостаточно исследованным является влияние состава и модифицирующей примеси висмута на механизмы переноса в тонких пленках на основе материалов системы Се-БЬ-Те [12].

В связи с этим, исследование возможности управления электрофизическими свойствами материалов квазибинарного разреза веТе - 8Ь2Те3 за счет вариации их состава, в том числе путем введения различной концентрации модифицирующей примеси В! в Се28Ь2Те5, является актуальной задачей, решение которой имеет важное научное и практическое значение.

Целью настоящей работы являлась разработка технологии получения и исследование электрофизических свойств тонких пленок на основе материалов квазибинарного разреза веТе - 8Ь2Те3 и Ое28Ь2Те5, модифицированного висмутом различной концентрации.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить несколько основных задач, а именно:

• разработать маршрут и изготовить тонкопленочные структуры на основе материалов GeSb4Te7, GeSb2Te4, Ge2Sb2Te5 и Ge2Sb2Te5, модифицированного Bi различной концентрации (до ~3 масс.%);

• разработать и ввести в эксплуатацию программно-аппаратные комплексы для исследования статических вольт-амперных характеристик (ВАХ), термо-ЭДС и динамических характеристик при воздействии импульсным напряжением тонких пленок материалов РСМ;

• выявить влияние термообработки на электрофизические характеристики и морфологию поверхности тонкопленочных структур на основе халькогенидных полупроводников;

• установить механизмы переноса носителей заряда в исследуемых материалах и влияние на них термообработки и величины прикладываемого электрического поля;

• установить влияние состава тонких пленок на электрофизические характеристики и механизмы переноса носителей заряда по линии квазибинарного разреза Sb2Te3 - GeTe и за счет введения в Ge2Sb2Te5 модифицирующей примеси висмута;

• разработать практические рекомендации, направленные на оптимизацию и совершенствование технологии создания РСМ.

Положения и результаты, выносимые на защиту.

1. Разработан маршрут изготовления и созданы структуры на основе аморфных тонких пленок соединений GeSb4Te7, GeSb2Te4, Ge2Sb2Te5 и Ge2Sb2Te5, модифицированного 0,5, 1 и 3 масс. % Bi.

2. Установлено, что термообработка исследуемых планарных структур выше температуры кристаллизации приводит к изменению морфологии поверхности, что проявляется в разрушении интерфейса халькогенидная пленка/электрод. Применение защитной пленки SiOx является эффективным способом, позволяющим не допустить нарушения электрического контакта планарных структур при кристаллизации.

3. Установлено, что для всех исследуемых составов характерным является наличие на ВАХ трех диапазонов напряженностей электрического поля (Ei<103; 103<Е2<104; Е3>104В/см) с различными зависимостями тока от

напряжения, обусловленными изменением механизмов транспорта носителей заряда.

4. Установлено, что на концентрационных зависимостях удельных сопротивлений аморфной и кристаллической фаз, ширины щели по подвижности, энергии Урбаха, энергии активации проводимости аморфной фазы, а также температуры фазового перехода наблюдаются экстремумы при введении 0,5 масс. % В1 в Ое28Ь2Те5.

5. Разработаны рекомендации по оптимизации и совершенствованию технологии создания фазовой памяти в результате изменения электрофизических параметров тонких пленок материалов системы Се-БЬ-Те за счет вариации состава по линии квазибинарного разреза 8Ь2Те3 - веТе и введения в материал модицицирующей примеси висмута.

Научная новизна работы состоит в следующем.

1. Установлена взаимосвязь изменения морфологии поверхности и электрофизических характеристик планарных структур на основе материалов системы Ое-БЬ-Те при проведении термообработки выше температуры кристаллизации.

2. Впервые проанализировано влияние изменения состава тонких пленок ве-БЬ-Те по линии квазибинарного разреза 8Ь2Те3 - веТе на механизмы переноса носителей заряда.

3. Впервые исследовано влияние введения малых концентраций висмута (< 3 масс. %) на электрофизические свойства и механизмы токопереноса тонких пленок Се28Ь2Те5.

4. Впервые на концентрационных зависимостях удельных сопротивлений аморфной и кристаллической фаз, ширины щели по подвижности, энергии Урбаха, энергии активации проводимости аморфной фазы, а также температуры фазового перехода выявлены экстремумы при введении 0,5 масс. % В1 в Ое28Ь2Те5.

Практическая значимость работы заключается в следующем.

1. Разработаны, созданы и введены в эксплуатацию программно-аппаратные комплексы для исследования вольт-амперных характеристик и термо-ЭДС в широком диапазоне температур, а также переходных процессов в тонких

и

пленках материалов электронной техники при воздействии импульсным напряжением.

2. Отработаны и оптимизированы режимы нанесения, легирования и термообработки тонких пленок материалов, используемых в устройствах энергонезависимой фазовой памяти.

3. Показано, что для повышения надежности электрического контакта планарных структур необходимо использовать поверхностный защитный слой SiOx, позволяющий уменьшить изменение морфологии поверхности тонких пленок системы Ge-Sb-Te при кристаллизации.

4. Выработаны практические рекомендации, направленные на совершенствование технологии создания, оптимизацию характеристик и конструкции ячеек фазовой памяти за счет изменения электрофизических параметров тонких пленок материалов системы Ge-Sb-Te путем вариации состава по линии квазибинарного разреза Sb2Te3 - GeTe и введения в материал модифицирующей примеси висмута.

Достоверность полученных научных результатов обеспечивается использованием современных методов исследования (рентгенофазового анализа (РФА), резерфордовского обратного рассеивания (POP), рентгеноспектрального микроанализа (РСМА), растровой электронной (РЭМ), атомно-силовой (АСМ) и оптической микроскопий), высокоточного сертифицированного научного оборудования и откалиброванных измерительных датчиков, контролем геометрических параметров исследуемых структур, толщин и состава осаждаемых пленок, согласованностью результатов, полученных различными экспериментальными методами. Результаты диссертационной работы подтверждены многократным повторением экспериментов и воспроизведением полученных результатов, в том числе формированием исследуемых структур и их последующим исследованием.

Реализация результатов работы. Результаты исследований были использованы при выполнении следующих проектов, где аспирант являлся руководителем:

• № 169867 «Разработка технологии получения наноразмерных пленок халькогенидных стеклообразных полупроводников с улучшенными

характеристиками и повышенной стабильностью для устройств энергонезависимой фазовой памяти», проводимого по заданию Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере;

• №82-ИПП-Гр.асп-МФХ «Исследование электрофизических свойств и морфологии поверхности тонких пленок Се28Ь2Те5, легированных ВЬ>, проводимого по заданию министерства образования и науки РФ.

Полученные экспериментальные результаты также были использованы при подготовке отчетов по проектам:

• П847 «Исследование физико-химических свойств и повышение стабильности свойств халькогенидных полупроводников системы Ое-БЬ-Те при многократных обратимых фазовых переходах «аморфное <-* кристаллическое состояние», проводимого в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы»;

• № 14.575.21.0032 «Разработка и программная реализация методов предсказательного моделирования процессов радиообмена в зданиях и сооружениях и создание низкопотребляющих приемо-передающих устройств для автоматизированных систем контроля и управления», проводимого в рамках ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы».

Разработанные методика и программно-аппаратный комплекс для исследования электрофизических свойств материалов и структур на их основе использованы в ЗАО «ИнтЭКС» при изготовлении термоэлектрических модулей, что подтверждено актом о внедрении.

Результаты работы, в том числе три разработанных и введенных в эксплуатацию программно-аппаратных комплекса, успешно применяются в учебном процессе МИЭТ при подготовке лекционных материалов и лабораторных практикумов по курсам «Материалы электронной техники», «Физика и химия полупроводников», «Возобновляемые источники энергии», при выполнении курсовых проектов по курсу «Физика и химия полупроводников», а также при выполнении бакалаврских и магистерских выпускных работ студентами, обучающимися по направлениям «Материаловедение и технологии материалов» и

«Электроника и наноэлектроника» (22.03.01, 22.04.01, 11.03.04 и 11.04.04), что подтверждено актом об использовании.

Личнып вклад автора.

В ходе выполнения диссертационной работы автором были разработаны, созданы и введены в эксплуатацию три многофункциональных исследовательских комплекса и отработаны методики для исследования электрофизических характеристик материалов электронной техники и тонких пленок на их основе. Разработка технологических маршрутов создания всех исследуемых образцов выполнялась автором работы, а изготовление образцов проходило при его активном участии в проведении технологических процессов (синтез, обработка пластин, осаждение тонких пленок, отжиг, разработка фотошаблонов, фотолитография и т.д.).

Все исследования электрофизических характеристик, таких, как: температурные зависимости удельного сопротивления, ВАХ в широком диапазоне температур, термо-ЭДС, поведение халькогенидных тонких пленок при воздействии постоянным и импульсным напряжением, а также их обработка и совместный анализ результатов с данными АСМ, РЭМ, ДСК, РФА, POP и РСМА осуществлялись непосредственно автором. Результаты, выносимые на защиту и составляющие научную новизну диссертационной работы, получены лично автором на кафедре «Материалы функциональной электроники» МИЭТ, а также в лаборатории «Магнитных материалов» Института общей неорганической химии им. Н.С. Курнакова Российской академии наук и в ходе научно-исследовательских командировок на кафедру «Биомедицинская и полупроводниковая электроника» РГРТУ.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и неоднократно отмечались дипломами различной степени на следующих конференциях, семинарах и школах:

1 5th and 6th International Conferences on Amorphous and Nanostructured Chalcogenides (Bucharest - 2011, Romania - 2013);

2 The International Symposium on Non Oxide Glasses and New Optical Glasses «ISNOG-2014» (France, 2012);

3 II International conference on Modern problems in physics of surfaces and nanostructures (Ярославль, 2012);

4 International Conference «Micro- and Nanoelectronics - 2012» (Звенигород, 2012);

5 The 23rd International Congress on Glass «ICG-2013» (Czech Republic -

2013);

6 The 25th International Conference on Amorphous and Nanocrystalline Semiconductors «ICANS-2013» (Canada, 2013);

7 16, 17, 18, 19, 20 и 21 Всероссийские межвузовские научно-технические конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика» (М.: МИЭТ, 2010, 2011, 2012, 2013,2014);

8 VII, VIII и IX Международные конференции «Аморфные и микрокристаллические полупроводники» (СПб : ФТИ им. А. Ф. Иоффе РАН, 2010, 2012, 2014);

9 III, IV, V, VI и VII Всероссийские школы-семинары студентов, аспирантов и молодых ученых по направлению «Диагностика наноматериалов и наноструктур» (Рязань : РГРТУ, 2010, 2011, 2012,2013);

10 17, 18, 19 Международные научно-технические конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электроника и энергетика» (М. : МЭИ, 2011,2012, 2013);

11 Научная молодежная школа «Физика и технология микро- и наносистем» (СПб. : СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2011);

12 Всероссийская межвузовская конференция молодых ученых, студентов и аспирантов «Инновации. Энергосбережение. Право» (М.: МИЭТ, 2013).

Кроме того, результаты диссертационной работы были представлены и отмечены дипломами на следующих конкурсах:

1. Финальный отбор победителей программы «У.М.Н.И.К.»: Исследования и разработки молодых ученых, студентов и аспирантов в области электроники и приборостроения (Зеленоград, 2012), диплом победителя;

2. Всероссийский конкурс научно-исследовательских работ студентов и аспирантов в области технических наук: материалы работ победителей и лауреатов конкурса (СПб.: СПбГПУ, 2012), диплом лауреата конкурса.

Публикации. Основные научные результаты диссертации опубликованы в 40 научных работах, включая 5 статей в журналах из списка ВАК (2 - РИНЦ, 3 -WOS/Scopus), 1 статью в сборнике научных трудов, 34 тезиса доклада на российских и международных конференциях, а так же в 8 отчетах по НИР.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов по работе, содержит 182 страницы машинописного текста, включая 26 .таблиц, 89 рисунков, 23 формулы, 5 приложений и список литературы из 142 наименований.

Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность и признательность сотрудникам ИОНХ РАН, Козюхину С.А. за всестороннюю помощь и консультации, Варгунину А.И. за проведение и обучение процессу синтеза исследуемых материалов, Баранчикову А.Е. за проведение измерений и обучение эксплуатации РЭМ, сотруднице ФТИ им. А.Ф. Иоффе Кудояровой В.Х. и сотруднику ФГБУ «ПИЯФ» Лебедеву В.М. за проведение анализа химического состава тонких пленок, аспиранту МПГУ Х.Ф. Нгуену за проведение спектрофотометрии исследуемых слоев, сотрудникам ФГБОУ ВПО «РГРТУ» Литвинову В.Г. и Ермачихину A.B. за помощь в проведении измерений электрофизических характеристик при отрицательных температурах; сотрудникам МИЭТ Громову Д.Г. и Шулятьеву A.C., а также сотруднику ННГУ им. Н.И. Лобачевского Чигиринскому Ю.И. за проведение процессов осаждения исследуемых пленок.

Глава 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 1.1. Перспективы использования энергонезависимой фазовой памяти

1.1.1. Оценка рынка запоминающих энергонезависимых устройств

Рынок запоминающих устройств на основе энергонезависимой памяти сегодня переживает небывалый подъем. Благодаря расширению возможностей цифровых устройств, способных накапливать и переносить данные, спрос на компактные модули хранения информации сильно вырос. Области применения запоминающих устройств (ЗУ) на основе энергонезависимой памяти представлены на Рисунке 1.1.

Наибольшую долю рынка занимает NAND-память, основанная на технологии флэш-памяти [1]. Благодаря низкому энергопотреблению, компактности и относительно высокому быстродействию технология флэш-памяти находит широкое применение в запоминающих устройствах (картах памяти, флэш-накопителях, SDD-дисках), предназначенных для мобильных телефонов, смартфонов, планшетов, ультрабуков, цифровых фотоаппаратов и видеокамер, медиапроигрывателей и т.д., а также для различных периферийных устройств (мини-АТС, принтеры, сканеры).

Рисунок 1.1 - Области применения ЗУ на основе энергонезависимой памяти

В будущем ожидается, что темпы потребления этого вида чипов в сегментах смартфонов, планшетов и SSD-дисков будут непрерывно увеличиваться, что обеспечит стабильный рост продаж на протяжении ближайших пяти лет (Рисунок 1.2).

500 40Q

<1 ^

С 200

3

>0

8 100 о

Рисунок 1.2 - Прогноз развития темпов продаж HDD и SDD-дисков [1]

В частности, только рост продаж SSD-дисков увеличится более чем в 7 раз с 31,1 млн. долларов в 2012 до 227,1 млн. долларов в 2017 г. (Таблица 1.1) [1]. Специалисты аналитической компании IHS iSuppli полагают, что уже к 2016 году выручка мирового рынка NAND-флэш достигнет 30,9 млрд долларов (Рисунок 1.3) [13].

Таблица 1.1- Прогноз темпа роста продаж HDD и SDD-дисков до 2016г.

Год HDD, млн.$ Годовой рост, % SSD, млн.$ Г одовой рост, %

2012 475,4 - 31,1 -

2013 436,9 -8% 69,0 122%

2014 434,5 -1% 120,2 74%

2015 416,7 -5% 153,8 28%

2016 409,9 -2% 196,7 28%

Таким образом, по оценкам [1, 13] потребности в энергонезависимой памяти в ближайшее время заметно возрастут, что определяет высокие темпы роста данного сегмента рынка.

Однако, несмотря на высокие темпы роста и объемы производства, запоминающие устройства, основанные на флэш-технологии, обладают рядом существенных недостатков.

LLLL [ bi

2012 2013 2014 2015 2016 2017

■ HDD

I SSO

Недостаточное большое количество циклов записи и стирания информации в устройствах флэш-памяти: от 104 до 105 [4, 14], приводит к тому, что потребители, использующие достаточно интенсивно данные ЗУ, столкнулись с проблемой частичной или полной потери информации. При этом максимальное теоретическое время сохранения заряда на затворе ячейки флэш-памяти не превышает 10 лет, а практические показатели значительно ниже, что не позволяет использовать данный вид памяти в качестве архивной.

535.0 ^ £30.0 | 525.0

| эго.о

ц

О. 515.0 с

| 510.0 л

° $5.0 5-

Рисунок 1.3 - Прогноз развития мирового рынка потребления ЫАКБ-флэш [13]

Несмотря на достаточно высокую скорость считывания информации, запоминающие устройства флэш-памяти обладают очень низкой скоростью записи информации [15]. Это существенно ограничивает возможности использования данной технологии, в частности в качестве оперативной памяти.

Невысокая радиационная стойкость флэш-памяти, приводящая к утечке заряда и потере информации, ограничивает возможности ее применения в продукции, ориентированной на космическую и военную отрасли [16].

Однако, главная проблема флэш-технологии связана с перспективами дальнейшего развития. Флэш-технология практически подошла к физическому пределу миниатюризации размера ячеек памяти, вследствие того, что современная технология не позволяет сделать нолевой транзистор менее 45 нм из-за резкого возрастания токов утечки, что препятствует дальнейшему увеличению плотности записываемой информации [4, 14-16].

В связи с этим возникла необходимость разработки энергонезависимой памяти нового поколения, характеризующейся низкой потребляемой мощностью, малыми габаритами, повышенной радиационной стойкостью, высокой скоростью

111111

2011 2012 2013 2014 2015 2016

записи/стирания данных, большим числом циклов запись/стирание и сроком службы.

1.1.2. Память нового поколения (PCM, MR AM, FRAM, RRAM)

На данный момент основными конкурентами флэш-памяти и наиболее перспективными кандидатами на память нового поколения считаются следующие виды энергонезависимой памяти: фазовая (Phase Change Memory - PCM), магниторезистивная (MRAM), сегнетоэлектрическая (FRAM) и резистивная (RRAM) [15-17].

Технология памяти с изменением фазового состояния основывается на быстротекущих, обратимых фазовых переходах «аморфное <-+ кристаллическое состояние», происходящих в нанообъеме материала под действием внешних низкоэнергетических воздействий и сопровождающихся скачкообразным изменением оптических и/или электрических характеристик материала.

Ячейки магниторезистивной памяти состоят из двух ферромагнитных слоев с расположенным между ними тонким изоляционным слоем. Один из ферромагнитных слоев обладает намагниченностью определенного направления. Намагниченность второго слоя изменяется вследствие воздействия внешним магнитным полем при проведении операции записи информации [15-17]. В зависимости от взаимной ориентации векторов, характеризующих магнитное состояние слоев, сопротивление ячейки памяти изменяется за счет проявления эффекта туннельного магнитосопротивления.

Запоминающее устройство FRAM-типа представляет собой конденсаторную структуру, в которой сегнетоэлектрик может принимать два состояния поляризации. При приложении напряжения к электродам конденсатора сегнетоэлектрик оказывается в одном из этих состояний, оно сохраняется и после снятия электрического поля. Приложение электрического поля той же величины, но противоположного направления, переключает сегнетоэлектрик во второе стабильное состояние поляризации [15-17].

Принцип работы RRAM заключается в формировании токопроводящих каналов в тонких пленках оксидов металлов при приложении к ним определенного напряжения. Запись логического «О» и «1» происходит либо в результате диффузии

атомов кислорода и увлечения его концентрации на границе метал/активный слой, либо в результате восстановления приграничной области под действием нагрева. В таблице 1.2 представлены основные характеристики наиболее перспективных типов памяти на данный момент.

Анализ параметров запоминающих устройств, представленных в Таблице 1.2, показывает, что на данный момент нельзя выделить тот или иной тип ЗУ в качестве лидера по всем технологическим показателям.

Таблица 1.2- Основные характеристики наиболее перспективных типов памяти [2]

Характеристи ки Память нового поколения DRAM Flash NAND

FRAM MRAM РСМ Ш1АМ

Энергонезависимость + + + + - +

Кол-во циклов перезаписи ю'2 1015 106-1013[4] 108 1015 105

Время хранения информации, лет 10 10 Ограничений не выявлено Ограничений не выявлено - 20

Применяемая технология, нм 130 130 45 Стадия разработки 30 20

Размеры ячейки, Р2 15-20 6-40 6-12 6-12 6-10 4

Скорость записи, НС 100 10 75 75 10 10 000

Потребляемая мощность низкая Высокая/ низкая низкая низкая низкая Очень высокая

Радиационная стойкость (ТГО) [3] низкая 60 крад 2 Мрад 45 Мрад 15-50 крад 5-15 крад

Себестоимость, $/Гб 10 000 1000100 1 - 10 Стадия разработки 1 0,1

Однако, следует отметить, что фазовая память РСМ, основанная на электрическом переключении, не уступает своим конкурентам (MRAM, FRAM, RRAM) в таких важных параметрах, как скорость записи и считывания, время хранения, количество циклов перезаписи информации, потребляемая мощность, топологические размеры ячеек, радиационная стойкость. При этом она обладает существенным преимуществом - более низкой стоимостью. Экономичность затрат при производстве РСМ объясняется возможностью использования стандартных производственных технологий микроэлектроники при изготовлении данных

запоминающих устройств, что позволяет получить существенно более низкую стоимость за гигабайт (Гб) хранимой информации по сравнению с MRAM и FRAM (см. Таблицу 1.2).

В настоящее время такие устройства считаются наиболее перспективными кандидатами для нового поколения устройств памяти, которые смогут заменить, не только флэш-память, но и современные накопители на основе жестких магнитных дисков, динамическую (DRAM) и статическую (SRAM) оперативную память. Перспективны они и для применения в радиационно-стойких схемах специального назначения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Лазаренко, Петр Иванович, 2014 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Zhang, F. SSDs to Account for One-Third of Worldwide PC Storage Shipments by 2017 [Электронный ресурс] / Fang Zhang // IHS inc. - 2013. - Режим доступа: http://www.storagenewsletter.com/news/marketreport/ssds-hdds-2017-ihs-isuppli.

2. Emerging Non Volatile Memories 2013 report [Электронный ресурс] / Yole Développement, 2013. - Режим доступа: http://www.i-micronews.com/upload/Rapports/Yole_Emerging_Non_Volatile_Memories_February_2 013_Sample.pdf.

3. Wang, W. Investigation of RRAM Devices for Radiation Harden Applications [Электронный ресурс] / College of Nanoscale Science and Engineering Albany. - Sep. 22, 2010. - Режим доступа: http://www.sematech.org/meetings/archives/fep/9064/Pres/30%20W%20Wang.pdf.

4. Козюхин, C.A. Материалы фазовой памяти на основе сложных халькогенидов и их применение в устройствах оперативной памяти / Козюхин, С.А., Шерченков, А.А., В.М. Новоторцев, С.П. Тимошенков // Российские нанотехнологии. -2011. — Т. 6. — № 3. — С. 50-58.

5. Lacaita, A.L. Phase change memories: State-of-the-art, challenges and perspectives / A.L. Lacaita // Solid-State Electronics. - 2006. - V. 50. - P. 24-31.

6. Raoux, S. Phase Change Materials and Their Application to Nonvolatile Memories / S. Raoux, W. Welnic, D. Ielmini // Chem. Rev. - 2010. - V. 110. - P. 240267.

7. Lee, B. Architecting Phase Change Memory as a Scalable DRAM / B. Lee, E. Ipek, O. Mutlu, D. Burger // Alternative International Symposium on Computer Architecture. - 2009. - Texas, USA, 2009. - Режим доступа: http://research.microsoft.com/pubs/79150/lee2009-isca.pdf.

8. Raoux, S. Phase-Change Random Access Memory: a scalable technology / S. Raoux, G.W. Burr, M.J. Breitwisch, C.T. Rettner et. al // IBM Journal of Research and Development - 2008. - Vol. 52. - No. 4.5. - P. 465 - 479.

9. Qureshi, M.K. Improving Read Performance of Phase Change Memories via Write Cancellation and Write Pausing / M.K. Qureshi, M.M. Franceschini, L.A.

Lastras-Montano // 18th International Symposium on High-Performance Computer Architecture HPCA'2010. - Bangalore, India, 2010. - C. 1-11.

10. Jiang, L. Improving Write Operations in MLC Phase Change Memory / L. Jiang, B. Zhao, Y. Zhang, J. Yang, B. R. Childers // 18th International Symposium on High-Performance Computer Architecture HPCA '2012. - New Orleans, USA, 2012. - C. 1-10.

11. Mott, N.F. Electron Processes in Non-Crystalline Materials / N.F. Mott, E.A. Davis. - Oxford: Clarendon Press, 1979. - 590 p.

12. Nardone M. Electrical conduction in chalcogenide glasses of phase change memory / M. Nardone, M. Simon, I. V. Karpov, V. G. Karpov // Journal of Applied Physics. - 2012. - Vol. 112. - P. 071101.

13. Yang, M. Aided By Ultrabook Sales, Global NAND Flash Revenue Expected to Grow 8 Percent This Year [Электронный ресурс] / M. Yang // HIS inc. -2012. - Режим доступа: http://www.isuppli.com/Memory-and-Storage/News/Pages/Aided-By-Ultrabook-Sales-Global-NAND-Flash-Revenue-Expected-to-Grow-8-Percent-This-Year.aspx.

14. Wong, H.-S. P. Phase Change Memory / H.-S. P. Wong et al. // Proceedings of the IEEE. - 2010. - Vol. 98. №12. P. 2201 - 2227.

15. Burr, G. W. Phase change memory technology / G. W. Burr et al. // Journal of Vacuum Science and Technology B. - 2010. - V. 28. - № 2. - P. 223- 262.

16. Грязнов, Е.Г. Конструкции ячеек радиационно-стойких энергонезависимых ОЗУ, интегрированных в КМОП КНИ процесс / Е.Г. Грязнов, А.Н. Мансуров, К.О. Петросянц // Сборник трудов V Всероссийской научно-технической конференции "Проблемы разработки перспективных микро- и наноэлектронных систем - 2012". - М.: МЭС, 2012 - С. 608-611.

17. Nicolescu, G. Design Technology for Heterogeneous Embedded Systems / G. Nicolescu, I. O'Connor, C. Piguet. - Springer, 2012. - C. 339-364.

18. Коломиец, Б.Т. Свойства и структура тройных полупроводниковых систем / Б.Т. Коломиец, Н.А. Горюнова // ЖТФ. - 1955. - Т. 25. - № 6. - С. 984-994.

19. Коломиец, Б.Т. Вольтамперная характеристика точечного контакта со стеклообразным полупроводником. / Б.Т. Коломиец, Э.А. Лебедев // Радиотехника и электроника. - 1963. - Т. 8. - С. 2097-2098.

20. Ovshinsky, S.R. Reversible Electrical Switching Phenomena in Disordered Structures / S.R. Ovshinsky // Phys. Rev. Lett. - 1968. - V. 21. - № 20. - P. 1450.

21. Yamada, N. High Speed Overwritable Phase Change Optical Disk Material / N. Yamada et al. // Jpn. J. Appl. Phys. Suppl. - 1987. - V. 26. - №4. - P. 61-66.

22. Богословский H.A. Физика эффектов переключения и памяти в халькогенидных стеклообразных полупроводниках / Н.А. Богословский, К.Д. Цэндин // Физика и техника полупроводников. - 2012. - Т. 46. - №5. - С. 577-608.

23. Yamada, N. Rapid-phase transitions of GeTe-Sb2 Te3, pseudobinary amorphous thin films for an optical disk memory / N. Yamada et. al. // J. Appt. Phys. -1991. - V. 69. - № 5. - P. 2849-2856.

24. Bedeschi. STM/Intel Phase Change Memory (PCM) // IEEE International Solid-State Circuits Conference, 2008. ISSCC 2008. - 2008. - 3-7 Feb. - P. 428 - 625.

25. Clarke, P. Samsung moves phase-change memory to production [Электронный ресурс] / P Clarke // EETimes. - 09.22.2009. - Режим доступа: http://www.eetimes.com/document.asp?doc_id=l 171738.

26. Krishnamurthy, R. Inside the Samsung 512 Mb Phase Change Memory / R. Krishnamurthy // Chipworks. - 2011. - 24 may. - Режим доступа: http://www.chipworks.com/en/technical-competitive-analysis/resources/blog/a-peek-inside-the-samsung-512-mb-4f2-cross-point-phase-change-memory/.

27. Krishnamurthy, R. First Volume Production Phase Change Memory by Micron / R. Krishnamurthy // Chipworks. - 2013. - 23 may. - Режим доступа: http://www.chipworks.com/en/technical-competitive-analysis/resources/blog/first-volume-production-phase-change-memory-by-micron/.

28. Kostylev. S. Programming Speed in Ovonic Unified Memory / S. Kostylev // EPCOS. - 2007. - Режим доступа: http://www.epcos.org/library/papers/pdf_2007/paperl7_SergeyKostylev.pdf.

29. Авачёв, А.П. Экспериментальное исследование структуры поверхности и электрофизических свойств пленок GST225 / А.П. Авачёв, Н.В. Вишняков, Ю.В. Воробьев, Ю.В. Воробьева, К.В. Митрофанов // Вестник РГРТУ. -2012.-вып. 40.-№2.-С. 107-110.

30. Sherchenkov, A.A. Transformations in phase-change memory material during thermal cycling / A.A. Sherchenkov, S.A. Kozyukhin, E.V. Gorshkova // Journal of Optoelectronics And Advanced Materials. - 2009. - V. 11. - No. 1. - P. 26 - 33.

31. Friedricha, I. Structural transformations of Ge2Sb2Te5 films studied by electrical resistance measurements / I. Friedricha, V. Weidenhof // Journal Of Applied Physics. - V. 87. - No. 9. - P. 4130 - 4134.

32. Huajun, S. Structural change of laser-irradiated Ge2Sb2Te5 films studied by electrical property measurement / S. Huajun, H. Lisong, W. Yiqun, W. Jingsong // Journal of Non-Crystalline Solids. - 2008. - V. 354. - P. 5563-5566.

33. Hudgens, S. Overview of Phase-Change Chalcogenide Nonvolatile Memory Technology / S. Hudgens, B. Johnson // MRS Bulletin. - 2004.

34. Wang, C. Investigation of GeTe/Ge2Sb2Te5 Nanocomposite Multilayer Films for Phase-Change Memory Applications / C. Wang, J. Zhai, S. Song, Z. Song, M. Sun, B. Shena // Electrochemical and Solid-State Letters. - 2011. -V. 14. - No. 7. - P. H258-H260.

35. Njoroge, W. Density changes upon crystallization of Ge2Sb2 04Te4 74 films / W. Njoroge, H.-W.Woltgens, M. Wuttig // J. Vac. Sci. Technol. A. - Vol. 20. - 2002. -P. 230.

36. Авачев, А.П. Фазовые переходы в тонких пленках халькогенидов Ge2Sb2Te5 по данным комбинационного рассеяния света / А.П. Авачев, С.П. Вихров, Н.В. Вишняков, С.А. Козюхин, К.В. Митрофано, Е.И. Теруков // Физика и техника полупроводников. - 2012. - т. 46. - № 5. - С. 609-612.

37. . Yamada, Т. Structure of laser-crystallized Ge2Sb2+xTe5 sputtered thin films for use in optical memory / T. Yamada, J. Matsunaga // Journal of Applied Physics. -2000. - V.88. - No. 12. - P. 7020-2028.

38. Kolobov, A. V. Local structure of crystallized GeTe films / A. V. Kolobov, J. Tominaga, P. Fons, T. Uruga // Applied Physics Letters. - 2003. - Vol. 82. - No. 3. -P. 382-384.

39. Kolobov, A.V. Why Phase-Change Media Are Fast and Stable: A New Approach to an Old Problem / A.V. Kolobov et al.// Jpn. J. Appl. Phys. - 2005. - Vol. 44.-No. 5b. -P. 3345-3349.

40. Kolobov, A.V. Understanding the phase-change mechanism of rewritable optical media / A.V. Kolobov, P. Fons, A.I. Frenkel, A.L. Ankudinov, J. Tominaga, T. Uruga //Nature Mater. - 2004. - Vol. 3. - P. 703-708.

41. Айвазов, А.А. Неупорядоченные полупроводники : учебное пособие / А.А. Айвазов, Б.Г. Будагян, С.П. Вихров, А.И. Попов. -М.: МЭИ, 1995. - 352 с.

42. Мотт, Н. Электроны в неупорядоченных структурах / Н. Мотт; под ред. А.А. Бонч-Бруевича. - М.: Мир, 1967. - 172 с.

43. Cohen, М. Н. Simple band model for amorphous semiconducting alloys / M. H. Cohen, H. Fritzsche, S. R. Ovshinsky // Phys. Rev. Lett. - 1969. - Vol. 22. - No. 20.-P. 1065-1068.

44. Меден, А. Физика и применение аморфных полупроводников / А. Меден, М. Шо; под ред. С.А. Костылева. - М.: Мир, 1991. - 670 с.

45. Davis, Е. A. Conduction in non-crystalline systems V. Conductivity, optical absorption and photoconductivity in amorphous semiconductors / E. A. Davis, N. F. Mott // Phil. Mag. -1970. - Vol. 22. - No. 179. - P. 903-922.

46. Anderson, P. W. Model for the Electronic Structure of Amorphous Semiconductors / P. W. Anderson // Phys. Rev. Lett. - 1975. - Vol. 34. - P. 953.

47. Нагельс П. Электронные процессы переноса в аморфных полупроводниках В кн.: Аморфные полупроводники; под. ред. М. Бродски. -М.:Мир. 1982.-С. 146-200.

48. Redaelli, A. Threshold switching and phase transition numerical models for phase change memory simulations / A. Redaelli, A. Pirovano, A. Benvenuti, and A. L. Lacaita // J. Appl. Phys. - 2008. - Vol. 103. - P. 111101.

49. Воронков, Э.Н. Электропроводность аморфных пленок халькогенидных соединений в сильных электрических полях / Э.Н. Воронков, С.А. Козюхин // Физика и техника полупроводников. — 2009. - т. 43 (7). — С. 953-956.

50. Цэндин К.Д. Электронные явления в халькогенидных стеклообразных полупроводниках / К.Д. Цэндин. - СПб.: Наука. - 1996. - 486 с.

51. Богословский, Н.А. Нелинейность вольт-амперных характеристик халькогенидных стеклообразных полупроводников, обусловленная многофононной туннельной ионизацией U-минус центров / Н.А. Богословский, К.Д. Цэндин // Физика и техника полупроводников. - 2009. - т. 43 (10).-С. 3178-1382.

52. XD-Picture Card Quick Instruction Guide [Электронный ресурс]. — Режим • доступа: http://www.transcendusa.com/Support/DLCenter/Manual/xD%20QIG_EN.pdf.

53. Kim, К. Observation of molecular nitrogen in N-doped Ge2Sb2Te5 / K. Kim, J.-C. Park, J.-G. Chung, S. A. Song et al. // Appl. Phys. Lett. - 2006. - Vol. 89. - P. 243520.

54. Dimitrov, D.Z. Oxygen and Nitrogen Co-Doped GeSbTe Thin Films for Phase-Change Optical Recording / D. Z. Dimitrov, Y.-H. Lu, M.-R. Tseng, W.-C. Hsu, H.-P. Shieh // Jpn. J. Apply. Phys. - 2002. - Vol. 41. P. 1656 - 1659.

55. Seo, J.-H. Crystallization behavior of amorphous Alx(Ge2Sb2Te5)ix thin films / J.-H. Seo, K.-H. Song, H.-Y. Lee // J. Appl. Phys. - 2010. - Vol. 108. - P. 064515.

56. Kolpin, H. Influence of Si and N additions on structure and phase stability of Ge2Sb2Te5 thin films / H. Kolpin, D. Music, G. Laptyeva, R. Ghadimi, F. Merget // J. Phys.: Condens. Matter. - 2009. - Vol. 21. - P. 435501.

57. Wei, S. J. Phase change behavior in titanium-doped Ge2Sb2Te5 films / S. J. Wei, H. F. Zhu, K. Chen, D. Xu, J. Li et al. // Appl. Phys. Lett. - 2011. - Vol. 98. - P. 231910

58. Xia, J.-L. Electrical Properties of Ag-Doped Ge2Sb2Te5 Films Used for Phase Change Random Access Memory / J.-L. Xia, B. Liu, Z.-T. Song, S.-L. Feng, B. Chen // Chin. Phys. Lett. - 2004. - Vol. 22. - No. 4. - P. 934-937.

59. Wang, K. Influence of doping upon the phase change characteristics of Ge2Sb2Te5 / K. Wang, C. Steimer, D. Wamwangi, S. Ziegler et al. // Microsyst Technol. -2007. - Vol. 13. - P. 203-206.

60. Shin, H.J. Effect of indium on phase-change characteristics and local chemical states of In-Ge-Sb-Te alloys / H. J. Shin, Youn-Seon Kang, Anass Benayad, Ki-Hong Kim et al. // Appl. Phys. Lett. - 2009. - Vol. 93. P. 021905.

61. Dean, J. A. Lange's handbook of chemistry (Fifteenth Edition) / J. A. Dean. -McGraw-Hill Inc., 1999, P. 4.1-4.84.

62. Козюхин, C.A. Легирование изоморфными примесями материалов фазовой памяти Ge-Sb-Te по данным спектроскопии комбинационного рассеяния

света / С.А. Козюхин, Х.Ф. Нгуен, М. Вереш, В.Х. Кудоярова и д.р. // Вестник РГРТУ. - 2012. - Вып. 42(44). - С. 74-80.

63. Park, T.-J. Phase transition characteristics of Bi/Sn doped Ge2Sb2Te5 thin film for PRAM application / T.-J. Park, S.-Y. Choi, M.-J. Kang // Thin Solid Films. -2007.-Vol. 515.-P. 5049-5053.

64. Tohge, N. Preparation of n-type semiconducting Ge20Bi|oSe7o glass / N. Tohge, Y. Yamamoto, T. Minami, M. Tanaka // Appl. Phys. Lett. - 1979. - Vol. 34. - P. 640-641.

65. Schottmiller, J.C. New Vitreous Semiconductors / J.C. Schottmiller, D.L. Bowman, C. Wood. // Journal of Applied Physics. - 1967. - Vol. 39. - №3. - P. 1663 -1669.

66. Elliott, S.R. A Model For The Chemical Modification Of Electrical-Properties Of Chalcogenide Glasses By Bismuth / S.R. Elliott, A.T. Steel // J. Phys. C: Solid State Phys. - 1987. - Vol. 20. - P. 4335-4357.

67. Абрикосов, H.X. Исследование диаграммы состояния Sb2Te3-GeTe / H.X. Абрикосов, Г.т. Данилова-Добрякова // Изв. АН СССР. Неорган. Материалы. -1965.-т. 1. — № 2. - С. 204-208.

68. Козюхин, С.А. Структурные превращения в тонких пленках Ge2Sb2Te5 / С.А. Козюхин, А. А. Шерченков, Е. В. Горшкова [и др.] // Неорганические материалы. -2009 . - т. 45. - № 4. - С. 408-413.

69. Kozyukhin, S. Thermal effects in Ge-Sb-Te phase-change memory materials during multiple thermal cycling / S. Kozyukhin, A. Vargunin., A. Sherchenkov [и др.] // Physica Status Solidi (c). - 2010. - Vol. 7. -№ 3-4. - P. 848-851.

70. Lazarenko, P. Influence of Bi doping on electrical and optical properties of phase change material Ge2Sb2Te5 / P. Lazarenko, A. Sherchenkov, H.P. Nguyen, S. Kozyukhin // Journal of Optoelectronics and Advanced Materials. — 2011. - Vol. 13. -№ 11-12. — C. 1400-1404.

71. Костылев, С.А. Электронное переключение в аморфных полупроводниках / С.А. Костылев, В.А. Шкут. - Киев : Наукова Думка, 1978. -203 с.

72. Feng Rao. Programming voltage reduction in phase change memory cells with tungsten trioxide bottom heating layer/electrode / Feng Rao, Zhitang Song, Yuefeng Gong [et al.] // Nanotechnology. - 2008. - Vol. 19. - P. 445706.

73. Wang K. Synthesis and characterization of phase change memory cells / Wang Ke, Han XiaoDong, Zhang Ze [et al.] // Science in China Series E: Technological Sciences. - 2009. - Vol. 52 (9). - P. 2724—2726.

74. Wu Liang-Cai. Total Dose Radiation Tolerance of Phase Change Memory Cells with GeSbTe Alloy / Wu Liang-Cai, Liu Bo, Song Zhi-Tang [et. al] // Chin.Phys.Lett. - 2006. - Vol. 23 - No.9. - P. 2557-2559.

75. Zhong Min. Reactive Ion Etching as Cleaning Method Post Chemical Mechanical Polishing for Phase Change Memory Device / Zhong Min, Song Zhi-Tang, Liu Bo [et al.] // Chin.Phys.Lett. - 2009. - Vol. 25. -No.2. - P. 762-764.

76. Hong, S.-H. Spectromicroscopic investigation of lateral-type Ge2Sb2Te5 device failure / Sung-Hoon Hong, Byeong-Ju Bae, Heon Lee [et al.] // Semicond. Sei. Technol. - 2009. - Vol. 24. - P. 105025.

77. Kang, D-H. Lower Voltage Operation of a Phase Change Memory Device with a Highly Resistive TiON Layer. / Dae-Hwan Kang, Dong-Ho Ahn, Min-Ho Kwon [et al.] // Japanese Journal of Applied Physics. - 2004. - Vol. 43. - No. 8A. - P. 52435244.

78. Fang, M. Effect of Initialization Technical Parameters on Optical Absorption of Ge2Sb2Te5 Thin Films. / M. Fang, Q. Li, F. Gan // J. Mater. Sei. Technol. -2004. - Vol. 20. - No.5. - P. 509-511.

79. Jung, E. J. The crystallization behavior and interfacial reaction of Ge2Sb2Te5 thin films / E. J. Jung, S. K. Kang, B. G. Min, D. H. Ko // Korea (unpublished).

80. Cheng, H.-Y. Wet etching of Ge2Sb2Te5 films and switching properties of resultant phase change memory cells. / H.-Y. Cheng, C. A. Jong, R.-J. Chung [et al.] // Semicond. Sei. Technol. - 2005. - Vol. 20. - P. 1111-1115.

81. Лебедев, Э.А. Проводимость слоев Ge2Sb2Te5 в сильных электрических полях. / Э.А. Лебедев, С.А. Козгахин, Н.Н.Константинова, Л.П.Казакова // Физика и техника полупроводников. - 2009. - т. 43. - № 10. - С. 1383-1386.

82. Wang, К. Influence of Bi doping upon the phase change characteristics of Ge2Sb2Te5. / K. Wang, D. Wamwangi, S. Ziegler [et al.] // Journal of Applied Physics. -2004. - Vol. 96. - No. 10. - P. 5557-5562.

83. Kumar, J. Phase segregation in Pb:GeSbTe chalcogenide system. / J. Kumar, M.Ahmad, R. Chander [et al.] // EDP Sciences. - 2007. - P. 13-18.

84. Campbella, K.A. Phase-change memory devices with stacked Ge-chalcogenide/Sn-chalcogenide layers. / K.A. Campbella, C.M. Andersona // Microelectronics Journal. - 2007. - Vol.38. - P. 52-59.

85. Довгошей, Н.И. Тонкие пленки сложных полупроводников / Н.И. Довгошей. - Ужгород: Уж.ГУ, 1985. - 110 с.

86. Бордовский, Г.А. Определение состава многокомпонентных халькогенидных полупроводников методом рентгенофлюоресцентного анализа / Бордовский Г.А., Марченко А.В., Николаева А.В., Серегин П.П., Теруков Е.И. // Физика и техника полупроводников. - 2014. - т. 48. - № 2. - С. 272-277.

87. Бордовский, Г.А. Рентгенофлуоресцентный анализ халькогенидных стекол As-Ge-Se / Г.А. Бордовский, П.В. Гладких, И.В. Еремин, А.В. Марченко, П.П. Серегин, Н.Н. Смирнова, Е.И. Теруков // Письма в ЖТФ. - 2011. - т. 37. - № 6.-С. 15-20.

88. Лебедев, В.М. Аналитический комплекс для исследования материалов методами ядерного микроанализа. / В.М.Лебедев, Ю.Г.Лукьянов, В.А.Смолин // Труды XIII Международной конференции по электростатическим ускорителям, г. Обнинск Калужской обл. - г. Обнинск, Изд-во ФЭИ. - 25-28 мая 1999. - С. 60-66.

89. Суворов, Э.В. Физические основы современных методов исследования реальной структуры кристаллов / Э.В. Суворов. - Черноголовка, 1999. - С. 146.

90. Вихров, С.П. Нанотехнологии и их применение / С.П. Вихров, Н.В. Вишняков. - Рязань : Сервис, 2012. - 208 с.

91. Миронов, В.Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии / В.Л. Миронов. - Нижний Новгород, 2004. - 114 с.

92. Лазаренко, П.И. Исследование температурной зависимости удельного сопротивления тонких пленок Ge2Sb2Te5 / П.И. Лазаренко // Сборник тезисов докладов 17 всероссийской межвузовской научно-технической

конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика-2010». — М.:МИЭТ. - 2010. - С. 44.

93. Исследование физико-химических свойств и повышение стабильности свойств хальногенидных полупроводников системы Ge-Sb-Te при многократных обратимых фазовых переходах \"аморфное - кристаллическое состояниеУ' : отчет о НИР П847 (промежуточ.) / НИУ МИЭТ ; рук. A.A. Шерченков, исполн.: П.И. Лазаренко [и др.]. - М.:2011. — т. 2. - 90 с.

94. Исследование физико-химических свойств и повышение стабильности свойств хальногенидных полупроводников системы Ge-Sb-Te при многократных обратимых фазовых переходах У'аморфное - кристаллическое состояниеУ : отчет о НИР П847 (промежуточ.) / НИУ МИЭТ ; рук. A.A. Шерченков, исполн.: П.И. Лазаренко [и др.]. - М.:2011. - т. 1. - 75 с.

95. ГОСТ Р 8.585-2001 ГСИ. Термопары. Номинальные статические характеристики преобразования. - М. Издательство стандартов, 2002. - 77 с.

96. Шерченков A.A. Разработка, создание и ввод в эксплуатацию программно-аппаратных комплексов для исследования вольтамперных характеристик и термо-ЭДС тонких пленок фазовой памяти в широком диапазоне температур / A.A. Шерченков, Ю.И. Штерн, П.И. Лазаренко, А.О. Якубов и др. // Сборник трудов «IX Международной конференции Аморфные и микрокристаллические полупроводники». - СПб : Изд-во Политехи, ун-та. — 2014. -С. 317-318.

97. Da Silva J.L.F. Atomistic origins of the phase transition mechanism in Ge2Sb2Te5 / J. L. F. Da Silva, A. Walsh, S.-H. Wei, H. Lee // Journal of Applied Physics. -Vol. 106.-2009.-P. 113509.

98. Исследование физико-химических свойств и повышение стабильности свойств хальногенидных полупроводников системы Ge-Sb-Te при многократных обратимых фазовых переходах "аморфное - кристаллическое состояние" : отчет о НИР П847 (промежуточ.) / НИУ МИЭТ ; рук. A.A. Шерченков, исполн.: П.И. Лазаренко [и др.]. - М.:2011. - т. 3.-112 с.

99. Лазаренко, П.И. Влияние метода получения на электрофизические свойства тонких пленок Ge2Sb2Te5 / П.И. Лазаренко // Труды VI Всероссийской

школы-семинара студентов, аспирантов и молодых ученых по направлению «Диагностика наноматериалов и наноструктур». - Рязань : РГРТУ, 2013. - С. 87-91.

100. Лазаренко, П.И. Электрофизические характеристики и морфология тонких пленок материалов Ge-Sb-Te и Ge-Sb-Te-Bi / П.И. Лазаренко // Сборник тезисов докладов 17 международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электроника и энергетика». - М.: Издательский дом МЭИ, 2011. - С.280-281.

101. Козюхин, С.А. Температурная зависимость удельного сопротивления тонких пленок РСМ материалов / С.А. Козюхин, A.A. Шерченков, Д.Г. Громов, П.И. Лазаренко // Сборник трудов VII Международной конференции «Аморфные и микрокристаллические полупроводники». - СПб, 2010. - С. 76-77.

102. Шерченков, A.A. Влияние легирования In на свойства тонких пленок Ge2Sb2Te5, применяемых в устройствах фазовой памяти / A.A. Шерченков, A.B. Бабич, П.И. Лазаренко // Вестник РГРТУ. - № 42 - ч. 2. - 2012. - С. 81-88.

103. Разработка технологии получения наноразмерных пленок халькогенидных стеклообразных полупроводников с улучшенными характеристиками и повышенной стабильностью для устройств энергонезависимой фазовой памяти : отчет о НИР №169867 / НИУ МИЭТ : рук. П.И. Лазаренко. - М. 2013.-20 с.

104. Лазаренко, П.И. Температурная зависимость удельного сопротивления тонких пленок материалов, используемых в устройствах фазовой памяти / П.И. Лазаренко // Сборник трудов III Всероссийской школы-семинара студентов, аспирантов и молодых ученых по направлению «Наноматериалы». - Рязань, 2010. -т. 2.-С. 28-29.

105. Лазаренко, П.И. Влияние термообработки на электрофизические свойства и морфологию поверхности тонких пленок материалов системы Ge-Sb-Te / П.И. Лазаренко // Сборник тезисов докладов 18 всероссийской межвузовской научно-технической конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика-2011». - М.:МИЭТ, 2011. - С. 41.

106. Zhang, Y. Evidence for trap-limited transport in the subthreshold conduction regime of chalcogenide glasses / Y. Zhang, D. Ielminia // Applied Physics Letters. - Vol. 90. - 2007. - P. 192102.

107. Лазаренко, П.И. Влияние защитного слоя на электрофизические характеристики тонких пленок РСМ материалов / П.И. Лазаренко, С.А. Козюхин, А.А. Шерченков, А.И. Варгунин // Сборник трудов «VII Международной конференции Аморфные и микрокристаллические полупроводники». - СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2012. - С. 409-410.

108. Raoux, S. Phase Change Materials / S. Raoux, M. Wuttig. - Springer, 2009. -446 p.

109. Лазаренко, П.И. Электрофизические свойства аморфных тонких пленок системы Ge-Sb-Te / П.И. Лазаренко // Сборник тезисов докладов «Микроэлектроника и информатика - 2013» 20-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов. - М.: МИЭТ, 2013. — С. 52.

110. Gervacio Arciniega, J. J. Crystallization of Ge:Sb:Te thin films for phase change memory application / J. J. Gervacio Arciniega, E. Prokhorov, F. J. Espinoza Beltran, G. Trapaga // Crystallization - Science and Technology. - 2011. - P. 434 - 460.

111. Kang, M. J. Structural transformation of SbxSe10o x thin films for phase change nonvolatile memory applications / M. J. Kang, S. Y. Choi, D. Wamwangi [et al.] // Journal of Applied Physics. - Vol. 98. - 2005. - P. 014904.

112. Лазаренко, П.И. Электрофизические свойства тонких пленок Ge2Sb2Te5, полученных методами вакуумно-термического и магнетронного напыления / П.И. Лазаренко // Труды Всероссийской молодежной школы-семинара "Диагностика наноматериалов и наноструктур": сборник. - Рязань: РГРТУ, 2013. -С. 214-218.

113. Lazarenko, P. Influence of thermocycling on the properties of Ge-Te system materials for application in nanoscale phase change memory cells / P. Lazarenko, S. Kozuykhin, A. Sherchenkov, A. Babich et. al // Book of Abstract the International Conference «Micro- and Nanoelectronics - 2012». - Zvenigorod, 1-5 October 2012, P.2-

22.

114. Вихров, С.П. Физические процессы в барьерных структурах на основе неупорядоченных и наноструктурированных полупроводников / С.П. Вихров, Н.В. Бодягин, Н.В. Вишняков, В.Г. Мишустин // Радиотехника. - 2012. -№ 3. -С. 81-89.

115. Лазаренко, П.И. Исследование электрофизических свойств тонких пленок системы Ge-Sb-Te, используемые в энергонезависимой фазовой памяти / П.И. Лазаренко // Сборник тезисов докладов «Инновации. Энергосбережение. Право» Всероссийская межвузовская конференция молодых ученых, студентов и аспирантов. - М.: МИЭТ, 2013. - С. 27-31.

116. Бабаев, А.А. Электрические, оптические и механические свойства аморфного гидрогенизированного углерод а, полученного при различных условиях осаждения / А.А. Бабаев, С.Б. Султанов, М.Щ. Абдулвагабов, Е.И. Теруков // Физика и техника полупроводников.-2011. - т. 45.-№ 1.-С. 120-122.

117. Козюхин, С. А. Определение некоторых параметров аморфных халькогенидных полупроводников из термо-полевых зависимостей электропроводности / С.А. Козюхин, Э.Н. Воронков // Неорганические материалы. -2008.-т. 44.-№ 11.-С. 1323-1326.

118. Park J.-W. Optical properties of pseudobinary GeTe, Ge2Sb2Te5, GeSb2Te4, GeSb4Te7, and Sb2Te3 from ellipsometry and density functional theory / J.-W. Park, S. H. Eom, H. Lee, L.F. Da Silva et al. // Physical Review B. - 2009. - Vol. 80. - P. 115209.

119. Lee J. Phase purity and the thermoelectric properties of Ge2Sb2Te5 films down to 25nm thickness / J. Lee, T. Kodama, Y. Won et al. // Journal Of Applied Physics. - 2012. - Vol. 112. - P. 014902.

120. Лазаренко, П.И. Механизмы переноса носителей заряда в аморфных тонких пленках Ge-Sb-Te-Bi / П.И. Лазаренко // Сборник тезисов докладов «Микроэлектроника и информатика - 2014» 21-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов. - М.: МИЭТ, 2013. - С. 40.

121. Зи С.М. Физика полупроводниковых приборов / пер. с англ. под ред. А.Ф. Трутко. — М.:Энергия. 1973. - 656 с.

122. Ламперт М. Инжекционные токи в твердых телах / пер. с англ. под ред. С.М. Рывкина. - М.: Мир. 1973. - 416 с.

123. Rose A. Space-Charge-Limited Currents in Solids / A. Rose // Physical Review. - 1955.-Vol. 97.-No. 6.-P. 1538- 1544.

124. Marsal L.F., Pallare's J., Correig X. Electrical characterization of n-amorphous/p-crystalline silicon heterojunctions // J. Appl. Phys. - 1996. - V. 79. — № 11. - P. 8493 -8497.

125. Исаев А.И. Токи, ограниченные пространственными зарядами в халькогенидной стеклообразной полупроводниковой системе Se95As5, содержащей примеси EuF3 / А.И. Исаев, С.И. Мехтиева, С.Н. Гарибова // Физика и техника полупроводников. - 2011. - т. 45. - № 12. - С. 1599 - 1603.

126. Weisfield R.L. Space-charge-limited currents: Refinements in analysis and applications to a-Si^Ge^H alloys / R.L. Weisfield // J. Appl. Phys. - 1983. - Vol. 54. -P. 6401 -6416.

127. Джалилов Н.З. Инжекционные токи в аморфных твердых растворах системы Se—S / Н.З. Джалилов, Г.М. Дамиров // Физика и техника полупроводников. - 2009. - т. 43.-№ И.-С. 1521-1525.

128. Шалимова К.В. Физика полупроводников / К.В. Шалимова. — М.: Энергоатомиздат, 1985. - 392 с.

129. Prokhorov Е. Dielectric properties of Ge2Sb2Te5 phase-change films / E. Prokhorov, J. J. Gervacio-Arciniega, G. Luna-Barcenas, Y. Kovalenko et al. // Journal of Applied Physics.-2013.-Vol. 113.-P. 113705.

130. Yahez-Limon J.M. Thermal and electrical properties of the Ge:Sb:Te system by photoacoustic and Hall measurements / J.M. Yahez-Limon, J. Gonzalez-Hernandez, J. J. Alvarado-Gil et al. // Physical Review B. - 1995. - Vol. 52. - No. 23. -P. 16321-16324.

131. Вальпа О. Устройство флэш памяти с USB интерфейсом / О. Вальпа // Современная электроника. - 2006. - № 5. — С. 56-59.

132. Исследование физико-химических свойств и повышение стабильности свойств хальногенидных полупроводников системы Ge-Sb-Te при многократных обратимых фазовых переходах "аморфное - кристаллическое состояние" : отчет о НИР П847 (промежуточ.) / НИУ МИЭТ ; рук. А.А. Шерченков, исполн.: П.И. Лазаренко [и др.]. - М.:2012. — т. 5. - 62 с.

133. Лазаренко П.И. Исследование эффекта памяти в тонких пленках Ge2Sb2Te5 при постоянном и импульсном напряжениях / П.И. Лазаренко, С.А. Козюхин, А.А. Шерченков, С.П. Тимошенков, М.С. Михайлова // Сборник трудов

«IX Международной конференции Аморфные и микрокристаллические полупроводники». - СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2014. - С. 185-186.

134. Фефелов, С.А. Особенности вольт-амперных характеристик в тонких пленках состава Ge2Sb2Te5 при использовании измерительной цепи с источником тока / С.А. Фефелов, Л.П. Казакова, С.А. Козюхин, К.Д. Цэндин, Д. Арсова, В. Памукчиева // ЖТФ. - 2014. - т. 84. - вып. 4. - С. 80-84.

135. Высокоомные активные пробники серии ZS [Электронный ресурс] / LeCroy, 2013. - Режим доступа Режим доступа: http://www.prist.ru/produces/pdf/lecroy_zs-probes.pdf.

136. ГОСТ Р 16465-70. Сигналы радиотехнические измерительные. Термины и определения. - М. Издательство стандартов, 2005. - 16 с.

137. Kozyukhin, S. Peculiarities of Bi Doping of Ge-Sb-Te Thin Films for PCM Devices / S. Kozyukhin, A. Sherchenkov, A. Babich, P. Lazarenko, Huy Phuc Nguyen, O. Prikhodko // Canadian Journal of Physics. - 2014. - Vol. 92. - No. 7/8. - P. 684-689.

138. Sherchenkov, A. Thermal properties of phase change material Ge2Sb2Te5 doped with Bi / A.Sherchenkov, S. Kozyukhin, A. Babich, P. Lazarenko // J. Non-Cryst. Solids. - 2013.- Vol. 377. - P. 26-29.

139. Лазаренко, П.И. Особенности влияния модифицирующей примеси висмута на свойства тонких пленок Ge2Sb2Te5 / П.И. Лазаренко, А.А. Шерченков, С.А. .Козюхин, В.Г. Литвинов, А.В. Ермачихин, Д.Г. Громов, Е.Н. Редичев // Сборник трудов «IX Международной конференции Аморфные и микрокристаллические полупроводники». - СПб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2014. -С. 265-266.

140. Лазаренко, П.И. Электрофизические свойства аморфных тонких пленок Ge2Sb2Te5, легированных Bi / С.А. Козюхин, А.А.Шерченков, В.Г. Литвинов, А.В. Ермачихин, Х.Ф. Нгуен, Е.Н. Редичев // Вестник РГРТУ. - 2013. -№ 4 (3). - С.83-87.

141. Rogacheva, E.I. Self-organization processes in impurity subsystem of solid solutions / E.I. Rogacheva //J. Phys. Chem. Solids. - 2003. - Vol. 64. - P. 1579 -1583. 142. Lai, Y.-F. Multiple-state storage capability of stacked chalcogenide films (Si16Sb33Te51/ Si4Sb45Te5I/ SinSb39Te5o) for PCM / Y.-F. Lai, J. Feng, B.-W. Qiao, X.-G. Huang et. al // Chinese Physics Letters. - 2006. - Vol. 23(9). - P. 2516-2518.