【摘要】：當前,互聯(lián)網(wǎng)、多媒體視頻、高速計算機等技術(shù)的迅猛發(fā)展,使人們對更快速度、更大容量數(shù)據(jù)存儲器的需求越來越迫切,然而傳統(tǒng)的磁存儲、光存儲和半導(dǎo)體存儲由于受到超順磁效應(yīng)、衍射現(xiàn)象和最小光刻單元的限制,存儲密度很難進一步提高�；趻呙杼结橈@微技術(shù)(SPM)的數(shù)據(jù)存儲技術(shù)由于能夠?qū)崿F(xiàn)納米尺度的信息存儲,因此有望成為新一代的超高密度存儲技術(shù)�；诖�,本論文將光學(xué)存儲中常用的硫系相變薄膜材料GeSb2Te4引入到SPM存儲技術(shù)中,提出了基于熱、電耦合效應(yīng)的新型高密度數(shù)據(jù)存儲方法,并對其存儲機理及其它有關(guān)問題進行了詳細研究。 在分析硫系材料相變原理,以及作為存儲介質(zhì)的存儲機理基礎(chǔ)上,結(jié)合原子力顯微鏡(AFM)技術(shù),提出了基于相變存儲介質(zhì)的探針存儲系統(tǒng)模型,并對數(shù)據(jù)的寫入、擦除、讀取機理進行了闡述；自行搭建了一種新穎的基于掃描探針顯微鏡的相變存儲實驗裝置,用來進行存儲實驗驗證。 發(fā)展了存儲介質(zhì)多層薄膜的制備方法,并通過實驗對比和形貌分析,探索出薄膜制備的工藝路線和工藝參數(shù)。借助X射線衍射儀(XRD)、透射電子顯微鏡(TEM)、等離子發(fā)射光譜儀(ICP)等設(shè)備對GeSb2Te4薄膜的成分、狀態(tài)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行了詳細分析,發(fā)現(xiàn)沉積態(tài)薄膜是非晶態(tài),而隨著退火溫度的提高,會發(fā)生兩次固體相轉(zhuǎn)變,通過XRD表征可知第一次轉(zhuǎn)變形成的是fcc結(jié)構(gòu),第二次形成的是hex結(jié)構(gòu),由此提出了GeSb2Te4材料的fcc結(jié)構(gòu)和hex結(jié)構(gòu)模型。利用經(jīng)典形核理論對JMAK理論進行了優(yōu)化,突破了其應(yīng)用局限性,用相關(guān)公式預(yù)測了GeSb2Te4薄膜的形核時間和晶粒尺寸,以確定此種材料是否滿足作為存儲介質(zhì)的要求；同時用優(yōu)化的模型計算結(jié)果與實驗結(jié)果相比較,具有較好的一致性。 利用差示掃描量熱(DSC)方法分析GeSb2Te4薄膜在不同退火溫度,不同加熱速度條件下的結(jié)構(gòu)和熱物性參數(shù),并得到不同加熱速度下的結(jié)晶溫度和玻璃轉(zhuǎn)化溫度。利用四點探針測電阻方法測量了GeSb2Te4薄膜不同退火溫度下的電阻率,發(fā)現(xiàn)沉積態(tài)薄膜的電阻率遠遠大于fcc結(jié)構(gòu)和hex結(jié)構(gòu)；另外,對薄膜的I-V特性和導(dǎo)電激活能也進行了比較全面的研究。應(yīng)用TriboIndenter納米力學(xué)測試系統(tǒng)考察了GeSb2Te4薄膜的硬度、彈性模量、粘附力和摩擦力等力學(xué)性能,并對濺射參數(shù)、薄膜厚度、相對濕度和表面粗糙度等對力學(xué)性能的影響進行了詳細的分析；發(fā)現(xiàn)薄膜表面質(zhì)量越好,硬度和彈性模量越高；相對濕度越高,探針針尖與薄膜表面的粘附力和摩擦力越大。采用ASC2000應(yīng)力測試儀測量了薄膜的內(nèi)應(yīng)力,并研究了濺射功率和退火溫度對薄膜表面殘余應(yīng)力的影響。 基于相變探針存儲系統(tǒng)原理,建立了用于有限元仿真的存儲器結(jié)構(gòu)模型以及熱電耦合數(shù)學(xué)模型。在此基礎(chǔ)上,利用多物理場耦合軟件COMSOL Multiphysics模擬了施加不同寬度、幅值脈沖電壓情況下的信息寫入過程和擦除過程,通過分析電壓對相變存儲介質(zhì)溫度場的影響,找出合適的電壓參數(shù)；并利用相變探針實驗裝置進行了實驗驗證。另外,對探針和導(dǎo)電層的電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率以及探針針尖直徑對相變薄膜溫度場的影響也進行了全面的分析,為后續(xù)工作中進一步優(yōu)化存儲系統(tǒng)結(jié)構(gòu)提供了有力的支持。 本論文研究成果可以應(yīng)用于超高密度信息存儲的設(shè)計,對于建立新型信息存儲技術(shù)的理論體系具有重要意義。
【學(xué)位授予單位】：江蘇大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號】：TP333

【參考文獻】

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本文編號：2760845