本文關(guān)鍵詞：摻雜金屬元素GST納米薄膜原位電致相變研究

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【摘要】：PCRAM主要是利用相變存儲材料非晶態(tài)與晶態(tài)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變之間的電阻值差進行數(shù)據(jù)的存儲。目前PCRAM對于材料的要求也日趨嚴格,比如提高材料性能,減小尺寸,實現(xiàn)多級存儲,降低閾值電壓等,這些都對相變材料的基礎(chǔ)性能研究提出了更高的要求。原位下研究相變薄膜材料的動態(tài)相變過程對于PCRAM的開發(fā)制備具有重要意義。本論文以原位透射電子顯微學(xué)技術(shù)結(jié)合特殊的電學(xué)性能測試平臺,針對磁控濺射方法制備的含不同金屬摻雜元素(Zn、Ag)的GeSbTe薄膜,開展了原位相變動態(tài)過程的研究,并探討了材料性能與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系,具體的工作如下:1.利用磁控濺射技術(shù)將Zn和Ag摻雜進入GeSbTe(GST),并直接濺射在覆有碳膜的銅網(wǎng)上,并在透射電子顯微鏡中利用Nanofactory的電學(xué)測試平臺,對兩種金屬摻雜下的GeSbTe薄膜進行了原位電子顯微學(xué)研究,記錄了在TEM中進行電場加載下的原位結(jié)構(gòu)演變,得到結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變對應(yīng)的電學(xué)性能變化,為原子尺度研究納米材料結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系提供有效方法。2.原位觀察了Zn-GST薄膜電致相變過程。在透射電鏡中利用電學(xué)測試平臺,原位記錄了Zn-GST納米薄膜形貌上先向電極方向擴展,而后迅速破損全過程,并記錄了閾值的迅速轉(zhuǎn)換。根據(jù)加載電壓的大小與時間長短,得到摻雜Zn可以降低GST的閾值轉(zhuǎn)換電壓,降低器件損耗。電流密度引起的焦耳熱使薄膜材料的溫度產(chǎn)生度梯變化,使得薄膜破損。并結(jié)合選區(qū)電子衍射和徑向分布函數(shù)分析,得到Zn-GST薄膜材料在晶化過程具有區(qū)域選擇性,這為PCRAM的失效部位查找提供依據(jù)。3.原位觀察了Ag-GST薄膜電致相變過程。在透射電鏡中利用電學(xué)測試平臺,原位記錄了Ag-GST納米薄膜在電場作用下襯度發(fā)生明顯變化。根據(jù)加載電壓前后的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變和電學(xué)性能變化,得到摻雜Ag更可以降低GST的閾值電壓,并且轉(zhuǎn)變迅速,降低了器件的設(shè)置過程(SET)損耗功率,提高SET速率。至關(guān)重要的是在加載負向電壓時,Ag-GST薄膜在結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變同時電阻隨之轉(zhuǎn)變,增加一個中間態(tài)的電阻值;加載正負方向電壓操作簡單,可重復(fù)性強,為多阻態(tài)存儲研發(fā)提供參照性依據(jù)。4.拓寬了原位透射電鏡電學(xué)性能樣品桿的應(yīng)用范圍,將透射電鏡電學(xué)性能測試樣品桿與光鏡結(jié)合,對微觀變化進行分析研究,以排除由于電子束的輻照而引入的干擾。并結(jié)合EDS進一步分析,證明了Ag-GST薄膜在電場作用下,薄膜內(nèi)Ag導(dǎo)電絲的形成提高導(dǎo)電性,降低電阻值;Ag導(dǎo)電絲斷裂降低導(dǎo)電性,但是Ag的遷移運動使薄膜晶化,增加中間態(tài)阻值,使薄膜電阻值在高阻值-低阻值-中間阻值相互轉(zhuǎn)換,形成多阻態(tài)存儲。
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP333;TB383.2

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本文編號：1210640