【摘要】：非晶半導(dǎo)體TeAsGeSi材料具有閾值開關(guān)特性,其可在外加電壓達(dá)到一定值時(shí)由高阻態(tài)瞬間轉(zhuǎn)變?yōu)閷?dǎo)通態(tài),并在撤壓后回復(fù)高阻態(tài),此材料可作為選擇開關(guān)以薄膜形式應(yīng)用于新型相變存儲(chǔ)器中,能大幅提高存儲(chǔ)速度、存儲(chǔ)密度和信息安全性。薄膜的性能取決于所使用靶材的質(zhì)量,為制備出高致密度、成分均勻的高質(zhì)量靶材,本文采用真空熱壓法,研究合金粉體原料、熱壓燒結(jié)工藝的不同對(duì)靶材性能的影響,分析燒結(jié)過程致密化機(jī)理。并將高性能靶材采用射頻磁控濺射法進(jìn)行鍍膜實(shí)驗(yàn),表征薄膜性能以驗(yàn)證靶材實(shí)用性。為研究不同晶態(tài)靶材性能的差異,采用不同結(jié)晶度的合金粉體為原料:熔煉后快速冷卻的合金粉體呈非晶態(tài),壓制的靶材表面孔洞較多,致密度較低;緩慢冷卻得到的粉體為多晶相,壓制的靶材表面平整,結(jié)構(gòu)緊密,粉體及靶材都有As2GeTe4、GeTe、As、Si多晶相;結(jié)合粉體檢測(cè)結(jié)果確定燒結(jié)熱壓溫度不超過340℃。為優(yōu)化工藝條件,研究了不同保溫保壓時(shí)間對(duì)靶材性能的影響,計(jì)算了靶材晶相含量和主相晶粒尺寸,并以此為基礎(chǔ)分析了致密化機(jī)理:保溫保壓1h靶材致密度低,2h和3h處理時(shí)間的靶材致密度較高,均達(dá)理論值的99%以上,3h燒結(jié)靶材有少量As元素?fù)p失;燒結(jié)初期顆粒開始結(jié)合成層狀結(jié)構(gòu),熱壓作用下晶粒細(xì)化,中期平均晶粒尺寸長(zhǎng)大,層狀結(jié)構(gòu)緊密,致密度進(jìn)一步提高。燒結(jié)后期靶材致密度降低,并有As元素?fù)p失,因此確定了最佳工藝為保溫保壓2h。為驗(yàn)證靶材實(shí)用性,表征了薄膜性能:用高致密度的靶材可得到表面平整、厚度均勻、元素含量符合要求的薄膜;膜厚與鍍膜時(shí)間成正比,沉積速率與鍍膜功率成正比;熱處理薄膜可使其成分結(jié)晶,材料阻值發(fā)生巨大改變,但薄膜受熱易揮發(fā)損失;薄膜電流-電壓曲線顯示材料具有閾值開關(guān)特性,首次外加電壓達(dá)到5.92v時(shí)薄膜導(dǎo)通,阻值由6.8-7.1010Ωmm轉(zhuǎn)變?yōu)?.1·10-8Ω·mm,多次測(cè)試循環(huán)后薄膜仍保持閾值開關(guān)特性,且閾值電壓基本保持不變,薄膜應(yīng)用性能良好。本文采用真空熱壓法,選用熔煉后緩冷得到的多晶粉體為原料,在壓力40MPa下升溫至340℃并保溫保壓2h,制備了成分分布均勻、達(dá)理論密度99.3%的高質(zhì)量靶材,將其進(jìn)行鍍膜實(shí)驗(yàn),薄膜具有可循環(huán)的閾值開關(guān)特性,驗(yàn)證靶材可用于制備非晶半導(dǎo)體閾值開關(guān)層薄膜。
【圖文】：

由相變存儲(chǔ)器的作用原理，相變單元需要使用上下電極，對(duì)相變材料施加電壓導(dǎo)逡逑致相變和讀取數(shù)據(jù)，英特爾和美光公司研發(fā)的３ＤＸｐｏｉｎｔ內(nèi)存己經(jīng)面世，該技術(shù)的讀逡逑寫速度及存儲(chǔ)密度皆為閃存的１０００倍［９］。其單元結(jié)構(gòu)如圖１．２所示，３Ｄ交叉的結(jié)構(gòu)逡逑可簡(jiǎn)化為上下兩電極中加入相變層薄膜和閾值開關(guān)層薄膜，這樣的結(jié)構(gòu)極其簡(jiǎn)單，大逡逑、邐大節(jié)省了空間和成本，此技術(shù)的問世必將帶來存儲(chǔ)界的新革命。逡逑３逡逑

料的閾值電壓和其電極厚度無關(guān)。因此有人提出，在熱理論中加入電子校正作用，即逡逑加入空間電荷的的流動(dòng)，這種理論被稱為熱電理論，和熱理論不同的地方是，因?yàn)榭斟义祥g電荷流動(dòng)的存在，導(dǎo)電絲的電阻只受場(chǎng)強(qiáng)影響。熱電理論示意圖如圖１．４所示：夕卜逡逑加場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到一定值后，載流子數(shù)目增加，電極不能吸收更多電子，內(nèi)電場(chǎng)進(jìn)一步增強(qiáng)，逡逑強(qiáng)電場(chǎng)引起材料兩端雙注入，，此過程大大降低了接觸和內(nèi)部電阻，器件達(dá)到導(dǎo)態(tài)［１９］。逡逑６逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京有色金屬研究總院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN304.05

【參考文獻(xiàn)】

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