21세기는 정보화 사회로 많은 양의 정보를 손쉽고 빠르게 처리할 수 있는 기술을 필요로 하고 있다. 하지만 소자의 크기가 점차 감소하면서 SiO2의 두께 감소로 인한 직접 터널링 효과, 누설 전류 등의 문제가 발생하여 현재 사용하는 소자 기술은 한계에 곧 직면 할 것으로 예상된다. 따라서 고집적, 고용량이 가능하고, 저전압에서 작동할 수 있는 소자 기술의 개발이 필수적이다. 차세대 ...
21세기는 정보화 사회로 많은 양의 정보를 손쉽고 빠르게 처리할 수 있는 기술을 필요로 하고 있다. 하지만 소자의 크기가 점차 감소하면서 SiO2의 두께 감소로 인한 직접 터널링 효과, 누설 전류 등의 문제가 발생하여 현재 사용하는 소자 기술은 한계에 곧 직면 할 것으로 예상된다. 따라서 고집적, 고용량이 가능하고, 저전압에서 작동할 수 있는 소자 기술의 개발이 필수적이다. 차세대 비휘발성 메모리 소자로 주목받고 있는 상변화 메모리는 비정질과 결정질 사이의 저항차이를 이용하여 정보를 저장하는 비휘발성 메모리로서 집적도와 빠르기, 소비 전력 면에서 우수한 성능을 보일 것으로 예상된다. 본 연구에서는 상변화 메모리 소자에서 상변화 물질로 사용되는 GeSbTe 물질의 상변화 특성에 대한 연구를 수행하였다. 상변화 물질 증착을 위하여 DC magnetron sputter system을 제작하였으며, 실험용 타겟은 Ge2Sb2Te5 조성으로 실험실에서 제작한 것과, 구입한 것을 각각 사용하였다. 본 장비로 증착한 결과 직경 2 인치 타겟으로 증착 시 3 인치 직경의 기판 내에서 ±2.5% 의 증착균일도를 보였으며, 제작한 타겟이 구입한 타겟에 비하여 증착속도가 빠르게 나타났다. 제작한 타겟을 이용하여 Si 기판위에 Ge2Sb2Te5 를 증착 하고, 열처리한 후, AFM, XRD, XPS 분석을 시행하여 열처리 후 결정화 특성을 분석하였다. 170℃와 380℃에서 열처리 하였을 때 각각 NaCl 구조와 hexagonal 구조로 상변화 한 것을 XRD 를 통해 확인하였으며, 열처리 함에 따라 표면 roughness가 증가하였다. XPS 분석을 통해서 NaCl 구조로 상변화 함에 따라 Ge-Te, Sb-Te 결합이 증가하는 것을 확인하였다. 구입한 타겟으로 증착을 한 경우에도 역시 열처리함에 따라 결정화 되었으며 표면 roughness도 증가하였다. 면저항을 측정해 본 결과 비정질에서 열처리 하여 상이 변함에 따라 그 값이 감소하는 것을 확인하였으며 질소의 도핑으로 면저항이 103~105 배 가량 증가하였다. 질소가 도핑된 막을 400℃ 에서 열처리 하였을 때 박막에 인장 응력이 작용하여 기판과 막이 분리되었으며, 열처리 조건을 달리하여 열처리 하였을 때는 개재물이 표면에 발생하는 것을 확인하였다. 전기적인 성질을 살펴본 결과 비정질에서 결정상태로 상변화함에 따라 면저항은 감소하였다. 전류를 통해 상변화를 시키기 위해 수직 전극 구조와 수평 전극 구조에서 I-V 측정을 시행하여, 1V 이하에서 상변화가 일어나는 것을 확인하였다.
21세기는 정보화 사회로 많은 양의 정보를 손쉽고 빠르게 처리할 수 있는 기술을 필요로 하고 있다. 하지만 소자의 크기가 점차 감소하면서 SiO2의 두께 감소로 인한 직접 터널링 효과, 누설 전류 등의 문제가 발생하여 현재 사용하는 소자 기술은 한계에 곧 직면 할 것으로 예상된다. 따라서 고집적, 고용량이 가능하고, 저전압에서 작동할 수 있는 소자 기술의 개발이 필수적이다. 차세대 비휘발성 메모리 소자로 주목받고 있는 상변화 메모리는 비정질과 결정질 사이의 저항차이를 이용하여 정보를 저장하는 비휘발성 메모리로서 집적도와 빠르기, 소비 전력 면에서 우수한 성능을 보일 것으로 예상된다. 본 연구에서는 상변화 메모리 소자에서 상변화 물질로 사용되는 GeSbTe 물질의 상변화 특성에 대한 연구를 수행하였다. 상변화 물질 증착을 위하여 DC magnetron sputter system을 제작하였으며, 실험용 타겟은 Ge2Sb2Te5 조성으로 실험실에서 제작한 것과, 구입한 것을 각각 사용하였다. 본 장비로 증착한 결과 직경 2 인치 타겟으로 증착 시 3 인치 직경의 기판 내에서 ±2.5% 의 증착균일도를 보였으며, 제작한 타겟이 구입한 타겟에 비하여 증착속도가 빠르게 나타났다. 제작한 타겟을 이용하여 Si 기판위에 Ge2Sb2Te5 를 증착 하고, 열처리한 후, AFM, XRD, XPS 분석을 시행하여 열처리 후 결정화 특성을 분석하였다. 170℃와 380℃에서 열처리 하였을 때 각각 NaCl 구조와 hexagonal 구조로 상변화 한 것을 XRD 를 통해 확인하였으며, 열처리 함에 따라 표면 roughness가 증가하였다. XPS 분석을 통해서 NaCl 구조로 상변화 함에 따라 Ge-Te, Sb-Te 결합이 증가하는 것을 확인하였다. 구입한 타겟으로 증착을 한 경우에도 역시 열처리함에 따라 결정화 되었으며 표면 roughness도 증가하였다. 면저항을 측정해 본 결과 비정질에서 열처리 하여 상이 변함에 따라 그 값이 감소하는 것을 확인하였으며 질소의 도핑으로 면저항이 103~105 배 가량 증가하였다. 질소가 도핑된 막을 400℃ 에서 열처리 하였을 때 박막에 인장 응력이 작용하여 기판과 막이 분리되었으며, 열처리 조건을 달리하여 열처리 하였을 때는 개재물이 표면에 발생하는 것을 확인하였다. 전기적인 성질을 살펴본 결과 비정질에서 결정상태로 상변화함에 따라 면저항은 감소하였다. 전류를 통해 상변화를 시키기 위해 수직 전극 구조와 수평 전극 구조에서 I-V 측정을 시행하여, 1V 이하에서 상변화가 일어나는 것을 확인하였다.
The silicon based semiconductor technology has developed since the transistor was invented in 1947. Recently, high performance, high speed devices are necessary for the information age. The calcogenide based phase change memory has been suggested as a alternative non-volatile memory device at the 18...
The silicon based semiconductor technology has developed since the transistor was invented in 1947. Recently, high performance, high speed devices are necessary for the information age. The calcogenide based phase change memory has been suggested as a alternative non-volatile memory device at the 180 nm technology node. This materials appear reversible phase change between amorphous and crystalline, this change result in difference in electrical resistivity. We have studied about the topology, bonding characteristics, and structures of the Ge2Sb2Te5 thin films deposited by DC magnetron sputtering with the Ge2Sb2Te5 target produced by metal powder melting method. Film deposition uniformity was ±2.5% on 3 inch diameter Si wafer. As the applied powers were increased the surface roughness of films were decreased. And also, the surface roughness was increased as the heat treatment processes were carried out at 170℃, 380℃. It considered that there were grain growth and phase transition from cubic to hexagonal in the Ge2Sb2Te5 films when the films were heated from 170℃ to 380℃. By XPS analysis, there was little change of bonding characteristics between as-deposited amorphous phase and 170℃ heat treated crystalline phase and Te to Ge and Sb bonds increased. Sheet resistance decreased as annealing and its value were effected by substrate. The electrical characteristics of films were important to application for memory device. The sheet resistance of nitrogen doped films after heat treatment increased as 103~105 times. To investigate phase change of films by electrical current, the I-V measurement was done.
The silicon based semiconductor technology has developed since the transistor was invented in 1947. Recently, high performance, high speed devices are necessary for the information age. The calcogenide based phase change memory has been suggested as a alternative non-volatile memory device at the 180 nm technology node. This materials appear reversible phase change between amorphous and crystalline, this change result in difference in electrical resistivity. We have studied about the topology, bonding characteristics, and structures of the Ge2Sb2Te5 thin films deposited by DC magnetron sputtering with the Ge2Sb2Te5 target produced by metal powder melting method. Film deposition uniformity was ±2.5% on 3 inch diameter Si wafer. As the applied powers were increased the surface roughness of films were decreased. And also, the surface roughness was increased as the heat treatment processes were carried out at 170℃, 380℃. It considered that there were grain growth and phase transition from cubic to hexagonal in the Ge2Sb2Te5 films when the films were heated from 170℃ to 380℃. By XPS analysis, there was little change of bonding characteristics between as-deposited amorphous phase and 170℃ heat treated crystalline phase and Te to Ge and Sb bonds increased. Sheet resistance decreased as annealing and its value were effected by substrate. The electrical characteristics of films were important to application for memory device. The sheet resistance of nitrogen doped films after heat treatment increased as 103~105 times. To investigate phase change of films by electrical current, the I-V measurement was done.
주제어
#상변화 열처리 전기적 특성 DC magnetron sputtering Ge2Sb2Te5 phase change heat treatment electrical characteristics
학위논문 정보
저자
신민정
학위수여기관
연세대학교 대학원
학위구분
국내석사
학과
세라믹공학과
지도교수
최두진
발행연도
2004
총페이지
66장
키워드
상변화 열처리 전기적 특성 DC magnetron sputtering Ge2Sb2Te5 phase change heat treatment electrical characteristics
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