為了研究機械磨損、化學腐蝕對鍺銻碲（GeSbTe）相變材料微觀損傷行為的影響,利用原子力顯微鏡（AFM）及SiO₂探針對GeSbTe表面在不同工況下產生的微觀損傷進行了研究。實驗結果表明:在大氣環(huán)境下,GeSbTe表面經過單次面磨損（面掃描）會形成一個方形磨坑。該磨坑在NaOH堿性溶液中會發(fā)生腐蝕,同時磨坑深度隨腐蝕時間增加而增加。在NaOH溶液中對GeSbTe表面進行單次面磨損同樣產生方形磨坑,并且該磨坑深度也隨腐蝕時間的增加而增加。由大氣環(huán)境下不同法向載荷磨損對比實驗可知,腐蝕前的機械作用會促進后續(xù)腐蝕損傷。GeSbTe表面自然氧化層的腐蝕實驗表明GeSbTe表面自然氧化層在NaOH溶液中的腐蝕可忽略,并且對GeSbTe次表層起掩膜作用。由于NaOH溶液中SiO₂探針與GeSbTe表面存在潤滑及雙電層作用,致使面磨損損傷較輕微,即對表面自然氧化層的損傷小,導致后續(xù)腐蝕損傷輕微。本研究結果有助于理解GeSbTe的化學機械拋光（CMP）機理。 

【文章來源】：微納電子技術. 2020,57(09)北大核心

【文章頁數】：7 頁

【部分圖文】：

GeSbTe表面微觀磨損示意圖

為了揭示機械摩擦及化學腐蝕對GeSbTe微觀損傷行為的影響，本文利用SiO2探針和NaOH溶液開展了大氣環(huán)境下的面磨損和后續(xù)腐蝕實驗。實驗結果如圖2所示，GeSbTe表面經SiO2探針磨損后（法向載荷為10μN、磨損時間為85 s）會形成磨坑，該磨坑深度為14.5 nm。經NaOH溶液腐蝕10、15和20 min后磨坑深度分別增加至17、19.5和21 nm。所以，SiO2探針在法向載荷10μN作用下會對材料表面造成微觀損傷，并且在后續(xù)腐蝕過程中會形成新的損傷，該損傷隨腐蝕時間的增加而增加。研究表明，材料在大氣環(huán)境下產生的微觀損傷由機械磨損引起[16]，而機械磨損則體現(xiàn)為材料在磨損過程中發(fā)生的剪切破壞[22-24]。因此為了揭示GeSbTe在大氣下微觀損傷的產生機制，需對GeSbTe磨損過程中的剪切應力（τ）進行分析。材料在磨損中的τ為

式中：Ft為摩擦力，在10μN載荷下的摩擦力大小為8.91μN;A為沿著摩擦力方向的剪切面的面積（圖3）。剪切面積A的大小與SiO2探針球半徑（R=1μm）和壓入深度（h）有關。由赫茲接觸理論可知[21,23-24],SiO2/GeSbTe接觸副在10μN磨損中的壓入深度為3.59 nm。因此，上述磨損過程中的剪切面積為405.38 nm2，剪切應力為22.0 GPa。由于GeSbTe材料的抗剪強度約為1 GPa[25]，所以GeSbTe在大氣環(huán)境下產生的微觀損傷是由機械磨損引起的。盡管機械磨損會導致GeSbTe表面產生微觀損傷，然而圖2中檢測的GeSbTe表面損傷還與化學反應有關。由Z.T.Song等人[8]對GeSbTe材料的CMP拋光研究可知，GeSbTe材料在堿性拋光液中會發(fā)生以下化學反應

【參考文獻】：
期刊論文
[1]Ge2Sb2Te5的化學機械拋光研究進展[J]. 何敖東,劉波,宋志棠,馮高明,朱南飛,任佳棟,吳關平,封松林.  化學學報. 2013(08)
[2]熱處理對GeSb2Te4薄膜微觀結構及其摩擦性能的影響[J]. 解國新,丁建寧,范真,付永忠,朱守星,萬春磊.  摩擦學學報. 2006(02)



本文編號：3324346