Исследование энергетических и временных параметров фазовых переходов в халькогенидном соединении Ge2Sb2Te5

• Автор: Митрофанов, Кирилл Валентинович
• Шифр специальности: 01.04.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Рязань
• Количество страниц: 184 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Глава 1. Современные запоминающие устройства. Фазовая память
1Л Типы элементов памяти
1.2 Принципы работы элементов фазовой памяти
1.2.1 Материал активной области устройств фазовой памяти
1.2.2 Физические процессы, лежащие в основе фазовой памяти
1.3 Устройства фазовой памяти
Выводы по главе
Глава 2. Разработка теоретических моделей тепловых процессов, протекающих под действием лазерного излучения в образцах на основе Се28Ь2Те5
2.1 Обоснование необходимости теоретического моделирования тепловых процессов в структурах на основе халькогенидных пленок, взаимодействующих с оптическим излучением
2.2 Исходные конструкции образцов и их параметры, необходимые
для моделирования
2.3 Моделирование тепловых процессов, происходящих в структурах на основе халькогенидных пленок под действием оптического излучения
2.4 Компьютерное моделирование распределения температуры в структурах на основе халькогенидных пленок при взаимодействии их
с оптическим излучением с помощью метода конечных элементов
Выводы по главе
Глава 3. Исследование фазовых переходов в халькогенидном соединении состава Се28Ь2Те5 с помощью оптических методов
3.1 Анализ результатов спектроскопии комбинационного рассеяния
3.2 Определение параметров ближнего порядка структур Ос28Ь2Те5 методами СПТСРП и ОТСРП (ЕХАБЗ и ХАМЕ8)

3.3 Определение оптического показателя преломления и коэффициента поглощения
3.4 Анализ результатов экспериментальных исследований с помощью метода «static tester»
Выводы по главе
Глава 4. Разработка принципов построения элемента памяти на основе халькогенидного соединения состава Ge2Sb2Te5
4.1 Особенности вольтамперных характеристик исследуемых структур
4.2 Расчет мощности электрических управляющих сигналов
4.3 Анализ результатов исследований топологии и распределения тока по поверхности халькогенидной пленки
Выводы по главе
Основные результаты и выводы
Библиографический список

Введение
В настоящее время одним из важных направлений развития электроники и наноэлектроники является создание новых и улучшение параметров уже существующих элементов памяти. Наиболее перспективным направлением в данной области является улучшение их основных характеристик: плотности записи информации, быстродействия, энергопотребления и стоимости. Одним из наиболее перспективных типов среди современных запоминающих элементов являются устройства оптической (СБ-, ПУТ)- и В1ие-11ау-диски) и электрической (Загшип) памяти на основе изменения фазового состояния вещества (фазовая память). В качестве материала активной области данных устройств широко применяется халькогенидное полупроводниковое соединение Ое28Ь2Те5.
Принцип работы элемента фазовой памяти на основе указанного вещества заключается в использовании различий в электрическом сопротивлении (или значениях оптических параметров) аморфного и кристаллического состояний материала, получаемых в результате фазовых переходов (процесс перезаписи), происходящих при приложении внешнего оптического или электрического воздействия.
Вид и параметры внешнего воздействия (мощность и длительность) влияют на время фазовых переходов и свойства активных областей материала (площадь, электрическое сопротивление), от чего зависят плотность перезаписи и быстродействие элемента фазовой памяти. В свете этого выбор халькогенидного соединения Се28Ь2Те5 в качестве материала активной области устройства фазовой памяти опирается на совокупность его свойств, влияющих на параметры работы устройства памяти на его основе: минимальный линейный размер области фазового перехода составляет -10 нм, что в 3+4 раза меньше, чем у элементарной ячейки современных элементов памяти (например полупроводниковая, или «флэш-память»); способность к быстрым (время кристаллизации менее 30 не) и обратимым переходам между

При приложении записывающего импульса образуется расплавленная область материала. Наличие охлаждающих зон, где прикладывается лазерное излучение меньшей мощности, вызывают быстрое охлаждение слоя с фазовым переходом.
Процесс образования метки материала с неупорядоченным состоянием протекает при температурах 60(Н800°С. При этом на начальном этапе происходит переход из кристаллического фазового состояния в расплав, затем из расплава - в стеклообразное состояние (рисунок 1.12).
нагрев остывание

импульс $
лазерного
излучения
Рисунок 1.12 - Изменение температуры во времени при записи информации в ячейке оптической фазовой памяти, Тш - температура плавления кристаллического Ое28Ь2Те5, Тщ, - температура кристаллизации Ое2ВЬ2Те5
Для процесса стирания данных требуется иной температурный режим: удаление меток материала в неупорядоченном состоянии происходит с помощью кристаллизации, которая происходит при более низких температурах по сравнению с температурами плавления материала, значения которых, как правило, находятся в диапазоне 25(Н400оС. Для осуществления процесса стирания аморфных меток обычно используется непрерывный импульс с более низким значением мощности лазерного излучения (рисунок 1.13).