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相变存储材料Ge1Sb2Te4和Ge2Sb2Te5薄膜的结构和电学特性研究

廖远宝 徐岭 杨菲 刘文强 刘东 徐骏 马忠元 陈坤基

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相变存储材料Ge1Sb2Te4和Ge2Sb2Te5薄膜的结构和电学特性研究

廖远宝, 徐岭, 杨菲, 刘文强, 刘东, 徐骏, 马忠元, 陈坤基

Study of structural and electrical properties of phase-change materials Ge1Sb2Te4 and Ge2Sb2Te5 thin films

Liao Yuan-Bao, Xu Ling, Yang Fei, Liu Wen-Qiang, Liu Dong, Xu Jun, Ma Zhong-Yuan, Chen Kun-Ji
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  • 采用射频磁控溅射方法制备了两种用于相变存储器的Ge1Sb2Te4和Ge2Sb2Te5相变薄膜材料,对其结构、电学输运性质和恒温下电阻随时间的变化关系进行了比较和分析.X射线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)的结果表明:随着退火温度的升高,Ge1Sb2Te4薄膜逐步晶化,由非晶态转变为多晶态,表面出现均匀的、
    The Ge1Sb2Te4 and Ge2Sb2Te5 thin films were deposited on quartz and silicon substrates by radio frequency magnetron sputtering from Ge1Sb2Te4 and Ge2Sb2Te5alloy targets. Structure properties and electrical transport characteristics of Ge1Sb2Te4 and Ge2Sb2Te5 thin films were studied and compared. X-ray diffraction spectra and atomic force microscopic images were used to characterize the structure of Ge1Sb2Te4 and Ge2Sb2Te5before and after thermal annealing. With increasing annealing temperature, Ge1Sb2Te4crystallized gradually and transformed to polycrystalline state from the amorphous state. Surface of Ge1Sb2Te4 thin films was uniform nanoparticles with roughness less than 10 nm. After thermal annealing, Ge2Sb2Te5 also transformed to polycrystalline state from amorphous state, but its surface morphology did not change significantly compared with the as-deposited film. Results of Hall effect measurement indicated the carrier concentrations of both the as-deposited and annealed films of Ge1Sb2Te4 were three orders of magnitude larger than those of Ge2Sb2Te5. From the above results, we conclude that Ge1Sb2Te4 tends to be more conductive than Ge2Sb2Te5 owing to the larger carrier concentration. Results of resistance versus time measurements under isothermal condition suggested Ge2Sb2Te5is more thermally stable and better fit for data storage than Ge1Sb2Te4.
    • 基金项目: 国家自然科学基金 (批准号:60976001和50872051),江苏省自然科学基金(批准号:BK2008253),国家重点基础研究发展计划(批准号:2007CB935401和2010CB934402)和高等学校博士学科点专项科研基金(批准号:20090091110010)资助的课题.
    [1]

    Ovshinsky S R 1968 Phys. Rev. Lett. 21 1450

    [2]

    Lai S, Lowrey T 2001 IEEE IEDM Tech. Dig. 1 803

    [3]

    Pirovano A, Lacaita A L, Benvenuti A, Pellizzer F, Bez R 2004 IEEE Trans. Electr. Dev. 51 452

    [4]

    Yamada N, Ohno E, Nishiuchi K, Akahira N, Takao M 1991 J. Appl. Phys. 69 2849

    [5]

    Abrikosov N K, Danilova-Dobryakova G T, Auk I A 1965 SSSR. Neorg. Mater. 1 204

    [6]

    Kolobov A V, Fons P, Frenkel A I, Ankudinov A L, Tominaga J J, Uruga T 2004 Nat. Mater. 3 703

    [7]

    Wuttig M 2005 Nat. Mater. 4 265

    [8]

    Sun Z M, Zhou J, Blomqvist A, Johansson B, Ahuja R 2009 Phys. Rev. Lett. 21 1450

    [9]

    Shelby R M, Raoux 2009 J. Appl. Phys. 105 104902

    [10]

    Lai Y F, Feng J, Qiao B W, Lin Y, Lin Y Y, Tang T A, Cai B C, Chen B M 2006 Acta Phys. Sin. 55 4347 (in Chinese)[赖云峰、冯 洁、乔保卫、凌 云、林殷茵、汤庭鳌、蔡炳初、陈邦明 2006 物理学报 55 4347]

    [11]

    Zhang Z F, Zhang Y, Feng J, Cai Y F, Lin Y Y, Cai B C, Tang T A,Chen B M 2007 Acta Phys. Sin. 56 4224 (in Chinese)[张祖发、张 胤、冯 洁、蔡燕飞、林殷茵、蔡炳初、汤庭鳌、陈邦明 2007 物理学报 56 4224]

    [12]

    Weidenhof V, Friedrich I 1999 J. Appl. Phys.86 5879

    [13]

    Zhang T, Song Z T, Liu B, Feng G S, Feng S L, Chen B 2007 Thin Solid Films 516 42

    [14]

    Zhang T, Liu B, Xia J L, Song Z T, Feng S L, Chen B 2004 Chin. Phys. Lett. 21 741

    [15]

    Baily S A, Emin D, Li H 2006 Solid State Commun.139 161

    [16]

    Liu E K, Zhu B S, Luo J S Semiconductor Physics (Beijing: National Defense Industry Press) p85 (in Chinese) [刘恩科、朱秉升、罗晋生 半导体物理学 (北京: 国防工业出版社) 第85页]

  • [1]

    Ovshinsky S R 1968 Phys. Rev. Lett. 21 1450

    [2]

    Lai S, Lowrey T 2001 IEEE IEDM Tech. Dig. 1 803

    [3]

    Pirovano A, Lacaita A L, Benvenuti A, Pellizzer F, Bez R 2004 IEEE Trans. Electr. Dev. 51 452

    [4]

    Yamada N, Ohno E, Nishiuchi K, Akahira N, Takao M 1991 J. Appl. Phys. 69 2849

    [5]

    Abrikosov N K, Danilova-Dobryakova G T, Auk I A 1965 SSSR. Neorg. Mater. 1 204

    [6]

    Kolobov A V, Fons P, Frenkel A I, Ankudinov A L, Tominaga J J, Uruga T 2004 Nat. Mater. 3 703

    [7]

    Wuttig M 2005 Nat. Mater. 4 265

    [8]

    Sun Z M, Zhou J, Blomqvist A, Johansson B, Ahuja R 2009 Phys. Rev. Lett. 21 1450

    [9]

    Shelby R M, Raoux 2009 J. Appl. Phys. 105 104902

    [10]

    Lai Y F, Feng J, Qiao B W, Lin Y, Lin Y Y, Tang T A, Cai B C, Chen B M 2006 Acta Phys. Sin. 55 4347 (in Chinese)[赖云峰、冯 洁、乔保卫、凌 云、林殷茵、汤庭鳌、蔡炳初、陈邦明 2006 物理学报 55 4347]

    [11]

    Zhang Z F, Zhang Y, Feng J, Cai Y F, Lin Y Y, Cai B C, Tang T A,Chen B M 2007 Acta Phys. Sin. 56 4224 (in Chinese)[张祖发、张 胤、冯 洁、蔡燕飞、林殷茵、蔡炳初、汤庭鳌、陈邦明 2007 物理学报 56 4224]

    [12]

    Weidenhof V, Friedrich I 1999 J. Appl. Phys.86 5879

    [13]

    Zhang T, Song Z T, Liu B, Feng G S, Feng S L, Chen B 2007 Thin Solid Films 516 42

    [14]

    Zhang T, Liu B, Xia J L, Song Z T, Feng S L, Chen B 2004 Chin. Phys. Lett. 21 741

    [15]

    Baily S A, Emin D, Li H 2006 Solid State Commun.139 161

    [16]

    Liu E K, Zhu B S, Luo J S Semiconductor Physics (Beijing: National Defense Industry Press) p85 (in Chinese) [刘恩科、朱秉升、罗晋生 半导体物理学 (北京: 国防工业出版社) 第85页]

  • [1] 米浩婷, 杨安平, 黄梓轩, 田康振, 李跃兵, 马成, 刘自军, 沈祥, 杨志勇. Ga2S3-Sb2S3-Ag2S 硫系玻璃和光纤的制备及性能研究. 物理学报, 2023, 72(4): 047101. doi: 10.7498/aps.72.20221380
    [2] 朱小芹, 胡益丰. Ge50Te50/Zn15Sb85纳米复合多层薄膜在高热稳定性和低功耗相变存储器中的应用. 物理学报, 2020, 69(14): 146101. doi: 10.7498/aps.69.20200502
    [3] 杨安平, 王雨伟, 张少伟, 李兴隆, 杨志杰, 李耀程, 杨志勇. Ge-Sb-Se硫系玻璃的折射率和热光系数. 物理学报, 2019, 68(1): 017801. doi: 10.7498/aps.68.20181869
    [4] 杨艳, 陈云翔, 刘永华, 芮扬, 曹烽燕, 杨安平, 祖成奎, 杨志勇. Ge-As-S硫系玻璃的结构与性能调控. 物理学报, 2016, 65(12): 127801. doi: 10.7498/aps.65.127801
    [5] 赵浙明, 吴波, 刘雅洁, 江岭, 密楠, 王训四, 刘自军, 刘硕, 潘章豪, 聂秋华, 戴世勋. 低损耗Ge-As-Se-Te硫系玻璃远红外光纤的性能分析. 物理学报, 2016, 65(12): 124205. doi: 10.7498/aps.65.124205
    [6] 徐航, 彭雪峰, 戴世勋, 徐栋, 张培晴, 许银生, 李杏, 聂秋华. Ge-Sb-Se硫系玻璃拉曼增益特性研究. 物理学报, 2016, 65(15): 154207. doi: 10.7498/aps.65.154207
    [7] 王东明, 吕业刚, 宋三年, 王苗, 沈祥, 王国祥, 戴世勋, 宋志棠. Cu对用于高速相变存储器的Sb2Te薄膜的结构及相变的影响研究. 物理学报, 2015, 64(15): 156102. doi: 10.7498/aps.64.156102
    [8] 孙景阳, 王东明, 吕业刚, 王苗, 汪伊曼, 沈祥, 王国祥, 戴世勋. 应用于相变存储器的Cu-Ge3Sb2Te5薄膜的结构及相变特性研究. 物理学报, 2015, 64(1): 016103. doi: 10.7498/aps.64.016103
    [9] 张梅, 文黎巍, 丁俊, 张英. 单轴压力下Ge2X2Te5(X=Sb, Bi)薄膜拓扑相变的第一性原理研究. 物理学报, 2015, 64(10): 107301. doi: 10.7498/aps.64.107301
    [10] 田曼曼, 王国祥, 沈祥, 陈益敏, 徐铁峰, 戴世勋, 聂秋华. ZnSb掺杂的Ge2Sb2Te5薄膜的相变性能研究. 物理学报, 2015, 64(17): 176802. doi: 10.7498/aps.64.176802
    [11] 杨志清, 王飞利, 林常规. 20GeS2·80Sb2S3硫系玻璃的析晶行为及动力学机理研究. 物理学报, 2013, 62(18): 184211. doi: 10.7498/aps.62.184211
    [12] 张巍, 陈昱, 付晶, 陈飞飞, 沈祥, 戴世勋, 林常规, 徐铁峰. Ge-Sb-Se硫系薄膜制备及光学特性研究. 物理学报, 2012, 61(5): 056801. doi: 10.7498/aps.61.056801
    [13] 孙杰, 聂秋华, 王国祥, 王训四, 戴世勋, 张巍, 宋宝安, 沈祥, 徐铁峰. PbI2对远红外Te基硫系玻璃光学性能的影响. 物理学报, 2011, 60(11): 114212. doi: 10.7498/aps.60.114212
    [14] 王善禹, 谢文杰, 李涵, 唐新峰. 熔体旋甩法合成n型(Bi0.85Sb0.15)2(Te1-xSex)3化合物的微结构及热电性能. 物理学报, 2010, 59(12): 8927-8933. doi: 10.7498/aps.59.8927
    [15] 范平, 郑壮豪, 梁广兴, 张东平, 蔡兴民. Sb2Te3热电薄膜的离子束溅射制备与表征. 物理学报, 2010, 59(2): 1243-1247. doi: 10.7498/aps.59.1243
    [16] 张帆, 朱航天, 骆军, 梁敬魁, 饶光辉, 刘泉林. Sb2Te3 纳米结构的制备与表征. 物理学报, 2010, 59(10): 7232-7238. doi: 10.7498/aps.59.7232
    [17] 左方圆, 王阳, 吴谊群, 赖天树. Ge2Sb2Te5非晶薄膜中超快载流子动力学的飞秒分辨反射光谱研究. 物理学报, 2009, 58(10): 7250-7254. doi: 10.7498/aps.58.7250
    [18] 张祖发, 张 胤, 冯 洁, 蔡燕飞, 林殷茵, 蔡炳初, 汤庭鳌, Bomy Chen. 基于Si掺杂Sb2Te3薄膜的相变存储器研究. 物理学报, 2007, 56(7): 4224-4228. doi: 10.7498/aps.56.4224
    [19] 胡建民, 信江波, 吕 强, 王月媛, 荣剑英. (Sb2Te3)0.75(1-x)(Bi2Te3)0.25(1-x)(Sb2Se3)x机械合金化粉体的制备及其冷压烧结样品的热电性能研究. 物理学报, 2006, 55(9): 4843-4848. doi: 10.7498/aps.55.4843
    [20] 赖云锋, 冯 洁, 乔保卫, 凌 云, 林殷茵, 汤庭鳌, 蔡炳初, 陈邦明. 氮掺杂Ge2Sb2Te5相变存储器的多态存储功能. 物理学报, 2006, 55(8): 4347-4352. doi: 10.7498/aps.55.4347
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出版历程
  • 收稿日期:  2009-12-10
  • 修回日期:  2010-01-24
  • 刊出日期:  2010-09-15

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