Термические характеристики и стабильность тонких пленок на основе a-Si:H и его сплавов и халькогенидных полупроводников системы Ge-Sb-Te тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.06, кандидат технических наук Горшкова, Екатерина Викторовна

• Горшкова, Екатерина Викторовна
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Горшкова, Екатерина Викторовна

Введение

Глава 1. Литературный обзор

1.1.Применение и основные особенности свойств неупорядоченных материалов

1.1.1. Применение аморфного гидрогенизированного кремния и его сплавов

1.1.2. Применение халькогенидных полупроводников

1.2. Свойства аморфных полупроводников

1.2.1.Модели энергетических состояний в неупорядоченных полупроводниках '

1.2.2. Атомная структура аморфных полупроводников

1.2.3. Электрофизические свойства неупорядоченных полупроводников

1.2.4. Оптические и фотоэлектрические свойства неупорядоченных полупроводников

1.2.5. Метастабильность аморфного гидрогенизированного кремния

1.3. Халькогенидные полупроводники

1.3.1. Материалы для ячеек фазовой памяти

1.3.2. Свойства халькогенидов системы Ое-8Ь-Те

1.3.2.1. Структура халькогенидов системы Ое-8Ь-Те

1.3.2.2. Фазовые диаграммы системы Ое-БЬ-Те

1.3.2.3. Время кристаллизации материалов в системе ве-ЗЬ-Те

1.3.2.4. Оптические свойства материалов системы ве-БЬ-Те

1.3.2.5. Электрофизические свойства материалов системы Се-8Ь-Те

1.3.2.5.1. Электропроводность

1.3.2.5.2. Эффект переключения

1.3.3. Структура ячеек фазовой памяти и принцип ее работы 44 1.3.3.2. Надежность ячеек фазовой памяти

1.4 .Термические методы анализа

1.4.1. Метод дифференциального термического анализа

1.4.2. Метод дифференциальной сканирующей калориметрии 51 1.4.3 .Факторы, влияющие на кривые ДТА и ДСК

1.5. Дифференциальная сканирующая калориметрия а-81:Н, сплавов на его основе и халькогенидов

1.5.1. ДСК а-БШ и сплавов на его основе

1.5.2. ДСК халькогенидов 58 Выводы по главе

Глава 2. Технология получения и методы исследования свойств материалов и тонких пленок на их основе

2.1. Синтез материала системы Ge-Sb-Te

2.2. Методы формирования тонких пленок экспериментальных образцов

2.2.1. Получение тонких пленок a-Si:H и его сплавов в низкочастотной 62 плазме тлеющего разряда (55 кГц)

2.2.2. Метод осаждения тонких пленок GST

2.3. Методы исследования состава и структуры образцов 66 2.3 Л. Рентгеновский микрозондовый анализ

2.3.2. Спектроскопия обратного рассеяния Резерфорда

2.3.3. Определение состава тонких пленок GST

2.3.4. ИК - спектроскопия

2.3.5. Рентгенофазовый анализ

2.3.6. Атомносиловая микроскопия

2.4. Дифференциальные термические методы анализа

2.4.1. Термогравиметрия

2.4.2. Дифференциальная сканирующая калориметрия

2.4.2.1. Характеристики DSC

2.4.2.2. Калибровка калориметра DSC

2.4.2.3. Уменьшение погрешности измерений калориметра DSC

2.4.2.3.1. Разброс массы тиглей

2.4.2.3.2. Положение тигля на детекторных площадках в ячейке прибора

2.4.2.3.3. Положение крышки измерительной ячейки

2.4.2.4. Методика подготовки образцов и методика проведения измерений термических свойств

2.4.2.5. Метод Киссинджера 93 Выводы по главе

Глава 3. Исследование термических свойств тонких пленок аморфного гидрогенизированного кремния и сплавов на его основе

3.1. Дифференциальная сканирующая калориметрия тонких пленок 96 аморфного гидрогенизированного кремния

3.1.1. Исследование тепловых эффектов в a-Si:H

3.1.2. Моделирование пиков на кривых ДСК тонких пленок a-Si:H

3.1.2.1. Природа пиков тепловых эффектов на кривых ДСК тонких пленок a-Si:H

3.1.2.2. Математическая модель для описания пиков тепловых эффектов на кривых ДСК тонких пленок a-Si:H

3.1.3. Моделирования пиков для аморфного гидрогенизированного кремния

3.2. Дифференциальная сканирующая калориметрия тонких пленок a-Si:H п

3.3 Дифференциальная сканирующая калориметрия тонких пленок a-SiGe:H 108 3.3.1 Моделирование тепловых эффектов в тонких пленках a-SiGe:H

3.3.2. Определение энергии активации тепловых эффектов в a-SiGe:H с применением уравнения Киссинджера

3.4. Взаимосвязь оптоэлектронных свойств тонких пленок a-Si:H и его сплавов со структурно - релаксационными процессами, протекающими в них

Выводы по главе

Глава 4. Исследование термических свойств халькогенидов системы

Ge-Sb-Te

4.1. Состав и структура синтезированного материала и тонких пленок Ge2Sb2Te

4.2. Влияние термического отжига на морфологию поверхности тонких пленок Ge2Sb2Te

4.3. Температурная зависимость удельного сопротивления

4.4. Термические свойства Ge2Sb2Te

4.4.1. Гравиментические исследования синтезированного материала и тонких пленок

4.4.2. ДСК синтезированного материала и тонких пленок Ge2Sb2Te

4.4.3. Повторные ДСК измерения синтезированного материала и тонкопленочных образцов Ge2Sb2Te

4.4.4. Оценка энергии активации тепловых эффектов с использованием уравнения Киссинджера для Ge2Sb2Te

4.5. Исследование термических свойств GeSb2Te4, GeSb4Te

4.6. Природа возникновения экзотермического теплового эффекта в диапазоне температур 390 - 415°С

4.7. Влияние дополнительного отжига синтезированного материала на 151 стабильность свойств

Выводы по главе

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Термические характеристики и стабильность тонких пленок на основе a-Si:H и его сплавов и халькогенидных полупроводников системы Ge-Sb-Te»

Актуальность работы

На сегодняшний день неупорядоченные полупроводники активно используются в целом ряде областей науки и техники для изготовления приборов различного назначения. В частности, благодаря уникальной совокупности свойств аморфный гидрогенизированный кремний и сплавы на его основе применяются при изготовлении дешевых преобразователи солнечной энергии на больших площадях, матриц тонкоплёночных полевых транзисторов для управления жидкокристаллическими экранами, различных компонентов оргтехники, включая устройства для факсимильной печати, сенсоры, датчики цвета, дозиметры различного диапазона излучения и многое другое [1-5]. Халькогенидные неупорядоченные полупроводники, в частности, сплавы системы Ge-Sb-Te вызывают повышенный интерес в связи с их успешным применением в оптических дисках различного формата (CD-RW, DVD-RW, Blu-Ray) [3,6-12]. Кроме того, устройства фазовой памяти на основе этих материалов 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, и даже динамическую и статическую оперативную память. Принцип записи и стирания данных в таких устройствах основан на резком изменении оптических и электрических свойств материала при фазовом переходе из аморфного в кристаллическое состояние и обратно.

Однако, существует ряд проблем, ограничивающих широкое применение неупорядоченных полупроводников. Недостатками аморфного гидрогенизированного кремния и сплавов на его основе, прежде всего, являются невысокие электронные свойства - низкая подвижность носителей заряда, высокая плотность дефектов в щели подвижности [3]. Кроме того, широкому применению данного материала препятствует низкая стабильность его свойств, вызваемая структурно - релаксационными процессами, протекающими в нем, и приводящая к деградации свойств аморфного полупроводника со временем и при повышенных температурах [3]. Такие процессы сопровождаются поглощением или выделением тепла и, следовательно, могут быть изучены с помощью методов термического анализа.

В системе Ge-Sb-Te особый интерес представляют соединения, лежащие на линии квазибинарного разреза Sb2Te3-GeTe, где образуются три тройных соединения при соотношении 2:1, 1:1, 1:2. Они интересны в связи с тем, что обладают малым временем переключения. Наиболее перспективным является состав Ge2Sb2Te5. Однако, несмотря на очевидный коммерческий успех устройств на их основе, многие вопросы, касающиеся природы этих материалов и механизмов переключения, остаются не изученными. Кроме того, несмотря на активные исследования свойств тонких пленок материалов системы Ge-Sb-Te, их термические характеристики (теплоемкость, температуры фазовых переходов, тип и величина тепловых эффектов), а так же их стабильность при термоциклировании и многократных фазовых переходах, остаются не до конца изученными, о чем свидетельствует большой разброс литературных данных по материалам [21-24,3133]. Это может быть связано со сложностью системы и наличием большого числа метастабильных состояний.

Таким образом, актуальным является изучение термических характеристик и стабильности параметров неупорядоченных полупроводников. В связи с этим в данной диссертационной работе проводились исследования термических характеристик a-Si:H и его сплавов и халькогенидных материалов системы Ge-Sb-Te, а также стабильности их свойств со временем и при многократных термообработках с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии.

Целью данной диссертационной работы являлось исследование с высокой точностью термических характеристик a-Si:H и его сплавов и халькогенидных материалов системы Ge-Sb-Te, а также стабильности их свойств со временем и при многократных термообработках.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• усовершенствовать методику дифференциальной сканирующей калориметрии для проведения исследований термических характеристик с высокой точностью как синтезированных материалов, так и тонких пленок на основе неупорядоченных полупроводников;

• исследовать термические характеристики и стабильность неупорядоченных полупроводников, в частности, аморфного гидрогенизированного кремния и его сплавов с фосфором и германием;

• исследовать термические характеристики халькогенидных полупроводников системы Ое-8Ь-Те и тонких пленок на их основе, а также влияния термоциклирования на стабильность характеристик.

Научная новизна работы состоит в том что,

1. Показано, что низкотемпературный эндотермический эффект на кривых ДСК аморфного гидрогенизированного кремния и его сплавов с фосфором и германием отражает процессы структурной релаксации матрицы кремния.

2. Показано, что различные эндотермические пики в высокотемпературной области соответствуют выделению водорода из различных форм связывания с 81, а также ве и Р в случае сплавов а-^вегН и а-81:Н п-типа.

3. Выявлено, что стабильность электронных свойств а-8кН и его сплавов увеличивается с увеличением разупорядочения структуры, при этом, однако, ухудшаются оптоэлектронные свойства. Изменение микроструктуры пленок приводит к изменению механизма структурно-релаксационных процессов и сопровождается резким ухудшением не только оптоэлектронных свойств, но и их стабильности.

4. Уточнены термические характеристики халькогенидных полупроводников составов Се28Ь2Те5, Ое8Ь2Те4, Ое8Ь4Те7 и тонких пленок на их основе. Установлено, что при многократных термообработках термические характеристики этих халькогенидных полупроводников могут существенно изменяться.

5. Выявлен эндотермический тепловой эффект в области 390 — 415 °С, который наблюдается для всех исследованных материалов (Ое28Ь2Те5, ОеБЬгТе,}, Ое8Ь4Те7) независимо от способа получения. Появление данного теплового эффекта при многократных термообработках связано с разделением фаз и локальным плавлением эвтектического состава Ое^Те^.

6. Выявлено, что дополнительный термический отжиг при температуре 500°С с выдержкой 105 часов в атмосфере аргона синтезированных соединений, находящихся на линии квазибинарного разреза СеТе - 8Ь2Тез, позволяет существенно улучшить стабильность термических свойств материалов.

Практическая значимость

• На основании анализа факторов, влияющих на точность и воспроизводимость показаний, имеющихся литературных сведений и большого объема экспериментальных данных была, предложена усовершенствованная методика дифференциальной сканирующей калориметрии неупорядоченных полупроводников, включающая в себя несколько этапов (подготовка прибора, подготовка образцов, проведение эксперимента), и позволяющая с высокой точностью изучать термические характеристики. Предложена методика оценки энергии активации процессов, приводящих к появлению тепловых эффектов, с применением уравнения Киссинджера.

• Выводы, сделанные по результатам исследования термических характеристик аморфного гидрогенизированного кремния и его сплавов, позволяют целенаправленно оптимизировать режимы получения тонких пленок с более стабильными свойствами.

• Уточненные термические характеристики халькогенидных полупроводников составов Се28Ь2Те5, Ое8Ь2Те4, веЗЬДеу и выявленные особенности влияния термоциклирования на них необходимы для целенаправленной разработки технологии халькогенидных полупроводников и элементов фазовой памяти на их основе повышенной стабильности.

• Дополнительный термический отжиг синтезированных соединений, Ge2Sb2Te5, GeSb2Te4, GeSb^ey, при температуре 500°С с выдержкой 105 часов в атмосфере аргона позволяет существенно улучшить стабильность свойств материалов при термоциклировании. Полученные результаты указывают на то, что при разработке технологии формирования ячеек фазовой памяти необходимо уделять особое внимание условиям получения материалов системы Ge-Sb-Te. Для увеличения количества циклов записи/стирания следует проводить дополнительный длительный отжиг синтезированных материалов.

• Выводы и рекомендации, сделанные в диссертационной работе Горшковой Е.В, использованы в серии НИР и в учебном процессе МИЭТ (ТУ) в лекционном курсе и лабораторном практикуме по дисциплинам «Материалы электронной техники», «Полупроводниковые преобразователи энергии», «Физика и химия полупроводников», «Современные методы исследования материалов электронной техники», «Материалы для полупроводниковых преобразователей энергии».

Апробация работы

По результатам исследований были сделаны доклады на: Межвузовской научно-технической конференции "Электроника и информатика" МИЭТ, Зеленоград 2003-2009гг.; V-VI Международной конференции "Аморфные и микрокристаллические полупроводники", Санкт-Петербург, 2006г.,2008г.; IV международная научно-техническая школа - конференция "Молодые ученые -науке, технологиям и профессиональному образованию в электронике" Москва, 2006г; на научной сессии центра хемотроники стекла им. В.В. Тарасова. РХТУ им Д.И. Менделеева, Москва 2008г.; VIII Международной конференции «Химия твердого тела и современные микро- и нанотехнологии» Кисловодск, 2008г.; Международная научно-техническая конференция «Микроэлектроника и наноинженерия» Москва 2008г.; Труды II всероссийской школы - семинара студентов, аспирантов и молодых ученых по направлению «наноматериалы» Рязань,2009г.; международной конференции ICANS-23, the Netherlands, Aug. 2009.

Публикации

Основные результаты исследования, проведенного автором, изложены в 20 опубликованных работах, в том числе 3 статьях в журналах, 1 в журнале, рекомендованном ВАК России. Основные положения диссертационного исследования полностью представлены в опубликованных работах.

Результаты работы использовались в НИР, проводимых по заданию министерства образования и науки РФ: №635-ГБ-53-Гр. асп-МФХ, № 754-ГБ-53-Гр. асп - МФХ.

Полученные в диссертации результаты использовались при выполнении проектов № 3.3.2/4445, 3.2.2./4081, 3.3.2/4427, проводимых на кафедре «Материаловедение и физическая химия» МИЭТ в рамках аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы)», а так же при выполнении проекта РФФИ 08-03-00651 "Халькогенидные аморфные полупроводники - новые наносреды для энергонезависимой фазовой памяти " в ИОНХ им. Н.С. Курнакова РАН.

Результаты работы используются в учебном процессе МИЭТ в курсе лекций и лабораторном практикуме: «Материалы электронной техники», «Полупроводниковые преобразователи энергии», «Физика и химия полупроводников», «Современные методы исследования материалов электронной техники», «Материалы для полупроводниковых преобразователей энергии», для ЭТМО и ЭКТ факультетов а так же при подготовке курсовых и выпускных квалификационных работ студентов, обучающихся по специальностям 210100.62, 210100.68,210104.65.

Основные научные положения, выносимые на защиту

1. Результаты измерений термических характеристик аморфного гидрогенизированного кремния и его сплавов с фосфором и германием, причины возникновения наблюдаемых тепловых эффектов, а так же взаимосвязь стабильности электронных свойств аморфного гидрогенизированного кремния и его сплавов с разупорядочением структуры, и оптоэлектронными свойствами.

2. Результаты измерений термических характеристик халькогенидных полупроводников составов Се28Ь2Те5, ве8Ь2Те4, Ое8Ь4Те7 и тонких пленок на их основе, а так же выявленное влияния термоциклирования на стабильность этих характеристик.

3. Установленный эндотермический тепловой эффект в области 390 - 415 °С, который наблюдается для всех исследованных материалов (Се28Ь2Те5, Ое8Ь2Те4, Ое8Ь4Те7) независимо от способа получения. Появление данного теплового эффекта при многократных термообработках связано с разделением фаз и локальным плавлением эвтектического состава Ое15Те85.

4. Увеличение стабильности свойств халькогенидных полупроводников, лежащих на линии квазибинарного разреза СеТе - 8Ь2Тез, в результате дополнительного термического отжига синтезированных материалов при температуре 500°С с выдержкой 105 часов в атмосфере аргона.

Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, основных результатов и выводов по работе, содержит 169 страниц машинописного текста, включая 23 таблицы, 105 рисунков и список литературы в количестве 100 наименований, приложение.

Заключение диссертации по теме «Технология и оборудование для производства полупроводников, материалов и приборов электронной техники», Горшкова, Екатерина Викторовна

Выводы по диссертационной работе

1. Рассмотрены области применения неупорядоченных полупроводников в микроэлектронике. Проанализированы физические свойства и структура неупорядоченных полупроводников, а также влияние микроструктуры на свойства неупорядоченных тетраэдрических полупроводников. Рассмотрены наиболее серьезные проблемы, препятствующие широкому применению а-8кН и его сплавов, а так же халькогенидных полупроводников системы Ое-8Ь-Те. Показано, что для исследования термических свойств а-вг.Н и его сплавов и халькогенидных материалов, а также стабильности их свойств со временем и при многократных термообработках перспективным является метод дифференциальной сканирующей калориметрии.

2. На основании большого объема экспериментальных работ и анализа имеющейся литературы разработана универсальная методика подготовки и проведения дифференциальной сканирующей калориметрии, позволившая обеспечить низкую погрешность при проведении измерений синтезированных материалов и тонких пленок. Методика подготовки прибора включает в себя калибровку с использованием ряда эталонов (в частности индий, олово, кадмий, свинец), подбор тиглей близкого веса, фиксирование тиглей в ячейке, фиксирование крышки ячейки. Методика подготовки образца позволила исключить влияние подложки на результаты измерений. Методика измерений включает три этапа: измерение базовой линии; первое и последующие измерения образцов, что позволяет исключить влияние тиглей на результаты и проводить количественную оценку необратимых процессов в тонких пленках неупорядоченных полупроводников. С помощью предложенного комплекса мер удалось снизить погрешность измерений до ±0,3%. Кроме того, во второй главе представлен разработанный метод оценки энергии активации тепловых эффектов с применением уравнения Киссинджера.

3. Проведены исследования методом дифференциальной сканирующей калориметрии структурно-релаксационных процессов в плёнках аморфного гидрогенизированного кремния и его сплавов с фосфором и германием. Выявлена природа процессов, приводящих к появлению тепловых эффектов. Низкотемпературный тепловой эффект обусловлен установлением термодинамического равновесия в пленках a-Si:H, которое определяется установлением равновесия между слабыми связями Si-Si и дефектами типа оборванная связь Si за счет дисперсионной диффузии водорода. Высокотемпературный эффект наблюдается в области интенсивной эффузии водорода и связан с процессами структурных перестроек, сопровождающих разрыв связей кремний-водород и выход водорода из пленки. Различные пики в высокотемпературной области соответствуют выделению водорода из различных форм связывания (SiH2 и SiH). Анализ полученных данных для а-SiGe:H и a-Si:H n-типа показал, что появление дополнительных пиков в высокотемпературной области обусловлено выделением водорода из различных форм связывания с Ge и Р. Установлено, что в тонких пленках а-SiGe:H с высоким содержание Ge за появление НТЭ отвечает за разрыв связей Ge-H2, ВТЭ1 - связей Ge-H, ВТЭ2 - связей Si-H2.

4. Протекающие в a-Si:H и сплавах на его основе структурно - релаксационные процессы связаны с установлением равновесия между слабыми связями Si-SiCTa6. и дефектами типа оборванная связь D° в присутствии носителей заряда. При этом равновесие устанавливается за счет дисперсионной диффузии водорода с участием моногидридных конфигураций Si-H. В этом случае стабильность свойств материала увеличивается с увеличением разупорядочения структуры, при этом, однако ухудшаются оптоэлектронные свойства. Изменение микроструктуры пленок, обусловленное резким увеличением полигидридных конфигураций, приводит к изменению механизма структурно-релаксационных процессов и сопровождается резким ухудшением не только оптоэлектронных свойств, но и их стабильности.

5. Проведенное моделирование ДСК кривых пленок, полученных методом НЧ ПХО при различных температурах подложки, свидетельствуют о том, что температура и условия получения пленок, а так же содержание примесей, оказывают существенное влияние на кинетику структурно - релаксационных процессов в материале. С точки зрения оптоэлектронных свойств, пленки а-Si:H, полученные при температуре 225°С, являются оптимальными. Однако, как показали проведенные в диссертационной работе исследования, с точки зрения стабильности свойств оптимальными являются пленки, полученные при более низких температурах 175-200 °С. Первоначальное введение Ge увеличивает стабильность материала, однако сопровождается ухудшением оптоэлектронных свойств. При высокой концентрации Ge (RGc более 16,7%, содержание Ge в пленке более 52%) резкое увеличение полигидридных конфигураций и изменение микроструктуры пленок приводит к ухудшению стабильности a-SiGe:H.

6. Как показали исследования с помощью метода рентгенофазового анализа, исходный синтезированный материал Ge2Sb2Te5 представляет собой поликристаллическую смесь кубической и гексагональной фаз. Исходные тонкие пленки, полученные термическим испарением синтезированного материала Ge2Sb2Te5, являлись аморфными. Совместный анализ результатов исследования влияния термообработок на морфологию поверхности и температурной зависимости удельного сопротивления тонких пленок Ge2Sb2Te5 показал, что нагрев до температуры 150 °С сопровождается экспоненциальным уменьшением удельного сопротивления на два порядка, что свидетельствует об активационном характере проводимости с энергией активации 0,33 эВ. В температурном интервале 150 - 160°С происходит более резкое, больше чем на порядок величины, уменьшение удельного сопротивления. При этом наблюдается скачкообразное увеличение высоты островков от 6,96 до 9,89 нм. Такие изменения связаны с фазовыми переходами аморфное состояние —» кубическая решетка (~150°С). Термообработка при более высоких температурах сопровождается формированием сильно развитого рельефа, образованием дефектов в виде пор и может быть обусловлена фазовым переходом кубическая решетка —» гексагональная решетка (205 - 230°С).

7. ДСК исследования синтезированных материалов GST225, GST124 и GST147 показали, что до температуры ~595°С на термограммах отсутствуют какие-либо тепловые эффекты. Выше температуры 595 °С появляются эндопики (624,6, 627,6 и 616,3 °С для GST225, GST124 и GST147 соответственно), обусловленные плавлением. На ДСК кривых тонкопленочных образцов этих материалов имеется целый ряд пиков. В диапазоне температур 145 — 190°С обнаружен экзопик сложной формы, связанный с процессом перехода аморфной матрицы в метастабильную кубическую структуру. Размытый экзопик при 205 - 230°С обусловлен переходом в стабильную гексагональную структуру. При этом температуры этих переходов уменьшаются при движении по линии квазибинарного разреза GeTe-Sb2Te5 в направлении Sb2Te5. В диапазоне 390 - 415°С обнаружен ранее неизвестный эндопик. Эндопики, обусловленные плавлением тонких пленок, наблюдаются при температурах 616,4°С, выше 620,1 °С и 616,3°С для GST225, GST124 и GST147 соответственно.

8. Повторные ДСК измерения тонкопленочных образцов GST225, GST124 и GST147 приводят к исчезновению большинства из наблюдаемых пиков за исключением эндопиков в диапазоне температур 390 - 415°С. Температура пиков совпадает для всех трех соединений, что указывает на общую природу их появления в этих трех соединениях. В то же время, кинетика процессов, приводящих к появлению эндопиков, различна в различных материалах и зависит от условий их получения. Таким образом, в отличие от синтезированного материала исходные пленки представляют собой очень неравновесные системы, в которых имеется ряд метастабильных состояний.

9. Энергия активации для экзотермических пиков тонкопленочного образца GST225 в областях 145 - 190°С и 205 - 230°С, оцененная с использованием уравнения Киссинджера, составила 1,74 и 1,31 эВ соответственно. Энергии активации эндотермического пика в области 390 — 450°С для синтезированного Ge2Sb2Te5 и тонкой пленки на его основе оказались близкими (5,46 и 5,57 эВ соответственно) и значительно превосходят энергии активации для экзоэффектов.

10. Проведен анализ природы эндотермического пика в области 390 - 415°С, который наблюдается во всех исследованных материалах независимо от состава (Ge2Sb2Te5, GeSb2Te4, GeSb4Te7) и способа получения (синтезированные образцы и тонкие пленки на их основе). Появление данного пика связывается с диффузией подвижных атомов теллура к границам зерен при термообработках, при этом происходит агломерация мобильных атомов теллура на границах зерен. В результате, многократная термообработка материалов системы Ge-Sb-Te может приводить к сильной неоднородности образующихся зерен по объему и сопровождаться образованием новых фаз. В этом случае наблюдаемый эндотермический пик связан с локальным плавлением эвтектического состава. При этом наиболее вероятно плавление эвтектики Се15Те85, что подтверждается ДСК измерениями этого эвтектического состава.

11. Дополнительный термический отжиг синтезированных соединений, находящихся на линии квазибинарного разреза веТе - 8Ь2Те3, при температуре 500°С с выдержкой 105 часов в атмосфере аргона позволяет существенно улучшить стабильность свойств материала. Полученные результаты указывают на то, что при разработке технологии формирования ячеек фазовой памяти необходимо уделять особое внимание условиям получения материалов системы ве-ЗЬ-Те. Для увеличения количества циклов запись/стирание следует проводить дополнительный длительный отжиг синтезированных материалов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Горшкова, Екатерина Викторовна, 2010 год

1. Меден А., Шо М., Физика и применение аморфных полупроводников. Москва 1991.669с.

2. Будагян Б.Г., Айвазов А. А. Аморфный гидрогенизированный кремний и приборы на его основе. Москва 1996.

3. Айвазов А.А., Неупорядоченные полупроводники М.: Высшая школа, МЭИ. 1995. 352с.

4. Определение и измерение цвета на примере датчиков Avago Technologies Алексей Панкрашкин, [e-mail]

5. Будагян Б.Г, Особенности структуры и физические свойства неупорядоченных полупроводников. Москва 1994. 96с

6. Лебедев Э.А., Коломиец Б.Т., Радиотехника и электроника 1963. Т.8. с. 2037-2041

7. Neale R Amorphous Non-Volatile Memory: the Past and the Future.//Eng. 2001. April. P.61-74.

8. S.Hudgens, B. Johnson. Overview of Phase Chenge Chalcogenide Nonvolatile Memory Technology// MRS Bull 2004. November. P. 1-4.

9. A.L. Lacaita Phase Chenge Memoris: State-of-the-Art, Challengers and Perspectives// Solid-State Electron. 2006. V.50. P.24-31

10. Ю.Шерченков А.А. Лекции по курсу "Материалы электронной техники" МИЭТ, 2008г.ll.S.R. Ovshinsky. Reversible Electrical Switching Phenomen in Disordered Structures//Physics Rev. Letter 1968. V. 21. No. 20. P. 1450-1453.

11. E.J.Evans, J.H.Helbes, Ovshinsky S.PR Reversible Conductivity Transformations in Chalcogenide Alloy Films// J.Non- Crystall Solids. 1970. V. 2. P. 334-346

12. V. Kolobov, R. Fons, A. I. Frenkel, A. L. Ankudinov, J. Tominaga, T. Uruga: Nat. Mater. 2004.V. 3. P. 703

13. Pirovano, A.L. Lacaita, A. Benvenuti, F. Pellizzer, S. Hudgens, R. Bez, IEDM Tech. Dig. 2003. P. 69915.http://www.nature.com/nnano, наноматериалы для хранения информации , Thursday, 04 October 2007

14. Фрицше X. Аморфный кремний и родственные материалы. Москва «Мир» 1991г. 554с.

15. Будагян Б.Г, Особенности структуры и физические свойства неупорядоченных полупроводников. Москва 1994г. 95с.

16. Будагян Б.Г., Шсрченков А.А. Материалы электронной техники. 4.1. Москва, 2001. 56с.

17. Мейден A., Illo М. Физика и применение аморфных полупроводников. Москва "Мир" 1991. 669с.

18. The basics of phase change memory (PCM) technology. http://www.numonyx.com/Documents/WhitePapers/PCMBasics WP.pdf.

19. N. Yamada, E. Ohno, K. Nishiuchi, N. Akahira, M. Takao//Rapid-phase transitions of GeTe-Sb2Te3 pseudobinary amorphous thin films for an optical disk memory.// J. Applied Physics. 1991. P.2849

20. X. Абрикосов. Изд. Акад. Наук. СССР Неорганические материалы. V.I. 1965. Р. 204.

21. Friedrich, V. Weidenhof, W. Njoroge, P. Franz, M. Wutting, J. Applied Physics 2000. V. 87. P. 4130.

22. T.Zhang, B.Liu, Z.-T. Song, W.-L. Liu, S.-L. Feng, B. Chen//Chinese Physics Letttrs 2005. V.22, No.7. P.P.1803-1805.

23. Альмяшев В. И., Гусаров В. В. Термические методы анализа: Учебное пособие СПбГЭТУ (ЛЭТИ).- СПб.57,1999.

24. А. Ф. Майорова. Термоаналитические методы исследования. Соросовский образовательный журнал, №10, 1998.

25. Уэндланд У. Термические методы анализа. Москва, 1978г.

26. ШестакЯ. Теория термического анализа. М.: Мир, 1987г.

27. Химия и компьютерное моделирование. Бутлеровские сообщения. Том 1, 2000r.http://chem.kstu.ru/butlerovcomm/voll/cdal/data/jchem&cs/russian/n3/ap pl3/pgl/ii2vl.htm

28. Будагян Б.Г., Айвазов А.А, Мейтин М.Н., Сазонов А.Ю., Бердников А.Е., Попов А.А. Метастабильность и релаксационные процессы в аморфном гидрогенизированном кремнии. Физика и техника полупроводников, том 31, №12,1997г.

29. J. Kalb, F. Spacpen, M. Wuttting. Calorimetric Measurements of Phase Transformations in Thin Films of Amorphous Те Alloys Used for Optical Data Storage// J. Applied Physics. 2003. V. 95. №5. P. 2389-2393

30. H. Seo, T.-H. Jeno, J.-W.Park, Ch.Yeon, S.-J.Kim, S.-Y.Kim //Investigation of crystallization behavior of sputter-deposited nitrogen-doped amorphous Ge2Sb2Te5 thin films// Jpn.J.Applied Physics. 2000. V.39. P.745-751

31. А.С.Козюхин, А.А.Шерченков, Е.В.Горшкова, В.Х.Кудоярова, А.И. Варгунин, Структурные превращения в тонких пленках Ge2Sb2Te5, Неогранические материалы, 2009. Т.45, №4, с 408.

32. Шерченков А.А. Закономерности формирования и свойства гетероструктур на основе неупорядоченных полупроводников, дисс. на соискание д.т.н. 2002. с. 349с.

33. N.Kniffler, B.Schroeder, J.Geiger Vibrational spectroscopy of hydrogenated evaporated amorphous silicon films // J. Non-Cryst. Solids. 1983 V.58. P. 153163.

34. Коркишко Ю.Н., Борисов А.Г., Никитина Н.Г., Суханова JI.C., Петрова В.З., «Методы исследования состава и структуры материалов электронной техники», Ч. 1, М. МГИЭТ(ТУ). 256 с. 1997.

35. Фелдман Л., Майер Д. «Основы анализа поверхности тонких пленок». М.: Мир. 1989. с. 344.

36. Щука А.А. Наноэлектроника, Москва, физ-мат книга. 2007.

37. Миронов В.Л. Основы сканирующей зондовой микроскопии. Мир, 2004.

38. Кросс А., Введение в практическую инфракрасную спектроскопию, пер. с англ., М., 1961

39. Беллами Л., Инфракрасные спектры молекул, пер. с англ., М., 1957.

40. Ярославский Н. Г., Методика и аппаратура длинноволновой инфракрасной спектроскопии, "Успехи физических наук", Т. 62, 1957.

41. Чулановский В. М Применение спектроскопии в химии, пер. с англ., М., 1959.

42. Малышев. В. И Введение в молекулярный спектральный анализ, 2 изд., М.-Л., 1951.

43. E. Kissindger, //Reaction kinetics in defferential thermal analysis, National bureau of standards, Washington, D.C.

44. Шерченков A.A. Будагян Б.Г. Физика и технология полупроводниковых преобразователей энергии. Учебное пособие 4.2 Москва 2007

45. I.Friedrich, V.Weidenhof, W.Njoroge, P.Franz, M.Wuttig J. Applied Physics. 1991. V.87. No9. P. 4130-4134.

46. Элиот Р.П. Структуры двойных сплавов. Т.1, Москва 1970.

47. N. Yamada, Т. Matsunaga, J. Applied Physics 2000. V.88, P. 7020.

48. Z. Sun, J. Zhou, R. Ahuja. Physics Rev. Letters, 2006, V.96, P. 055507.

49. C. Cabral, K.N. Chen, L. Krusin-Elbaum, Deline V.//Irrevesible modification of Ge2Sb2Te5 phase Change material by nanometer-thin Ti adhesion Laers in a Device-compatible stack// J. Applied Physics Letters. 2007. V. 90. P. 051908.

50. Будагян Б.Г., Шерченков А. А., Мейтин M.H. Полупроводниковые преобразователи энергии. Москва 2000, МИЭТ.

51. Sun Huajun, Hou Lisong, Wu Yiqun, Wei Jingsong. // Stuctural change of laser-irradiated Ge2Sb2Te5 funs studed by electrical property measurement.// Journal of Non-Crystalline Solids.2008.

52. L.Krusin-Elbaum, C. Cabral, K.N. Chen, M.Copel, W.Abraham, K.B. Reuter., S.M. Rossnagel., J.Bruley, V.R. Deline.//Evidence for segregation of Те in Ge2Sb2Te5 films effect on the phase-change stress// Applied Physics Letters. 2007. 90, 141902

53. K.N.Chen, L. Krusin-Elbaum, Jr. C. Cabral, C. Lavoie, J. Sun, S. Rossnagel, NonVolatile Semiconductor Memory Workshop (2006) IEEE NVSMW, P.97-98

54. Leervard Pedersen T.P, et al, Applied Physics Letters. 2001. V.79. P. 3597

55. Baltezzati, Demichelis et al, J. Applied Physics, 1991. V.69. P.P.2029-2032

56. Ayvazov, Budaguan, Sazonov PhysicaB, 1994. V.193. P.P.195-200

57. B.G. Budaguan, A.A.Aivazov and A.Yu. Sazonov. MRS.Symp.Pros. 1996. V.420. P.P.635-641

58. Faryas, Das, Fort, Bertrán Phys Rev В, 2002

59. Battezzati, Demichelis et al, J. Non-Cryst Sol. 1991. V. 137-138, P.87-90

60. Demichelis etal, J. Non-Cryst Sol. 1991. V137-138. P.133-138

61. Battezzati,, Demichelis et al, Phys Rev B. 1992. V.176. P.73-77

62. B.G.Budaguan, A.A. Aivazov, A.Yu. Sazonov J. Non-Cryst. Solids. 1996. V.204. P.169-171.

63. Feng Rao, Zhitang Song, Yuefeng Gong, LiangcaiWu, Songlin Feng, Bomy Chen, Nanotechnology 2008. V. 19. P.445706.

64. Wang Ke, Han Xiao Dong, Zhang Ze, Wu Liang Cai, Liu Bo, Song Zhi Tang, Feng Song Lin, Science in China Series E: Technological Sciences 2009. V.52. P. 2724—2726

65. Huai-Yu Cheng, Chao An Jong, Ren-Jei Chung, Tsung-Shune Chin, Rong-Tan Huang Semicond. Sci. Technol. 2005. V.20 P.1111-1115

66. Wu Liang-Cai, Liu Bo, Song Zhi-Tang, Feng Gao-Ming, Feng Song-Lin, Chen Bomy, Chin. Physics Letters. 2006. Vol. 23, No. 9. P. 2557

67. Zhong Min, Song Zhi-Tang, Liu Bo, Feng Song-Lin, Chen Bomy, Chin Physics Letters. 2008. Vol. 25. No. 2 . P.762.

68. Э.Н. Воронков, C.A. Козюхин, Физика и техника полупроводников, 2009, том 43,вып. 10

69. С.А.Козюхин, А.А.Шерченков, Е.В.Горшкова, В.Х.Кудоярова, А.И. Варгунин, СевКавГТУ, 2008. с. 458.

70. Э.А. Лебедев, С.А. Козюхин, Н.Н.Константинова, Л.П.Казакова Физика и техника полупроводников, 2009, том 43, вып. 10

71. Toshiyuki Matsunaga, Noboru Yamada, Yoshiki Kubota, Structures of stable and metastable Ge2Sb2Te5, an intermetallic compound in GeTe-Sb2Te3 pseudobinary systems, Acta Crystallographica Section B,14 September 2004 issn 0108-7681

72. Термические константы веществ (TKB-IV). Справочник в десяти выпусках. // Под ред. В.П. Глушко. Москва 1970.

73. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. Справочник в двух томах. Издание полностью переработанное и расширенное. // Под ред. В.П.

74. Глушко, JI. В. Гурвич, и др. Том II, Таблицы т/д свойств. Изд-во академии наук СССР Москва 1962.

75. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. Справочное издание в четырёх томах. Издание третье, переработанное и расширенное. // Под ред. В.П. Глушко, JL В. Гурвич, и др. Том II, книга 2 Таблицы термодинамических свойств. М.: Наука. 1978.

76. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. Справочное издание в четырёх томах. Издание третье, переработанное и расширенное. // Под ред. В.П. Глушко, JI. В. Гурвич, и др. Том II, книга 2 Таблицы термодинамических свойств. М.: Наука. 1978.

77. JI.B. Гурвич и др. Энергии разрыва химических связей. Потенциалы ионизации и сродство к электрону. М.: Наука. 1974, с. 351

78. H.Nasu, C.Acamatsu, R.Hayashi, Y.Osaka //Differential scanning calorimetry strudies of p-doped a-Si:H Jpn. Journ. Applied Physics. 1989. V.28. P.557-558

79. S.A. Kozyukhin, A.A. Sherchenkov, E.V.Gorschkova, B.Kh. Kudoyarova, A.I. Vargunin. Thermal effects in Ge-Sb-Te phase-change memory materials during multiple thermal cycling. Phys. Status Solidi C.- 2010, Vol. 7, No. 3-4, P. 848851.

80. Джоунопулоса Дж., Люковски Дж. Физика гидрогенизированного аморфного кремния. Москва: Мир 1988. с. 447.

81. Шалимова К.В. Физика полупроводников. М. Энергоиздат. 1985. с. 391.

82. Будагян Б.Г., Шерченков А.А., Мейтин М.Н. Полупроводниковые преобразователи энергии. Москва 2000. 68с.

83. Айвазов А.А. Будагян Б.Г. Аморфный гидрогенизированный кремний и приборы на его основе. Учебное пособие Москва. 1996. с. 71.

84. Айвазов А.А., Будагян Б.Г., Физико-химические основы базовой технологии получения аморфного гидрогенизированного кремния. Москва. 1996. с. 60.

85. Будагян Б.Г., Жаров В.В., Коледова Т.Н., Попенко Н.И., Шерченков А.А., Штерн Ю.И. Материалы электронной техники, часть 2, Москва. 2001. с. 87.

86. Будагян Б.Г. Особенности структуры и физические свойства неупорядоченных полупроводников. Москва. 1994г. с. 95.

87. Хсммигнгер В., Хёне Г. Калориметрия. Теория и практика. Перевод с английского. Химия. 1989. с. 176.

88. Пашинкин A.C., Касенов Б.К. Экспериментальные методы химической термодинамики. Алматы. 2003. с. 100.

89. Шерченков A.A. Штерн Ю.И., Физика и технология полупроводниковых преобразователей энергии. 4.1. Москва. 2006. с. 164.

90. Bichet, С D Wright, S Gidon and Y Samson 'Scanning thermal microscopy on phase-change media', IMST2002, 2nd European Workshop on Innovative Mass Storage Technologies, Exeter, UK, September 2002. P. 34

91. V. Sousa et al. 'PC-RAM: Phase change random access memories', IMST 2002, 2nd European Workshop on Innovative Mass Storage Technologies, Exeter, UK, September 02. P.23

92. S. Hudgens, B. Johnson //Overview of phase-change chalcogenide nonvolatile memory technology //MRS Bulletin/ November 2004

93. Zhang Ting, Liu Bo, Song Zhi-Tang Liu Wei-Li, Feng Song-Lin, Chen Bomy // Phase Transition phenomena in ultra-thin Ge2Sb2Te5 film.// 2005, V. 22, No.7. P. 1803

94. Toshiyuki Matsunaga, Noboru Yamada, Yoshiki Kubota //Structures of stable and metastable Ge2Sb2Te5, an intermetallic compound in GeTe-Sb2Te3 pseudo-binaru systems// Acta Cristallographica 2004. V60. P.685-691

95. Daniele Lelmini Yuegang Zhang // Evidence for trap-limited transport in the subthreshild conducnion regime of chelcogenide slasses//Applied Physics Letters 2007. V.90.P.192102

96. E.Kissinger //Reaction kinetics in differential thermal analysis// Analytical Chemistry/ 1957. V. 29. No. 11 P. 1702-1706

97. V.Weidenho, I.Friedrich, //Atomic force microscopy study of duced phase transitions in Ge2Sb2Te5 //J.Applied Phusics 1999. V. 86,No.lO.

98. A.A. Sherchenkov, S.A. Kozyukhin, E.V. Gorshkova. //Transformations in phase-change memory material during thermal cycling.// Journal of Optoelectronics and Advanced Materials. 2009. V. 11