21세기의 급격한 멀티미디어 정보화 사회의 발달은 휴대가 용이하면서 대용량의 정보를 빠르게 처리하는 반도체 메모리 기술을 필요로 한다. 현재의 반도체 메모리 소자의 기술은 거의 한계에 이르렀고 이를 극복하기 위해 많은 차세대 반도체 메모리들이 연구되고 있다. 차세대 비휘발성 메모리로 주목받는 ...
21세기의 급격한 멀티미디어 정보화 사회의 발달은 휴대가 용이하면서 대용량의 정보를 빠르게 처리하는 반도체 메모리 기술을 필요로 한다. 현재의 반도체 메모리 소자의 기술은 거의 한계에 이르렀고 이를 극복하기 위해 많은 차세대 반도체 메모리들이 연구되고 있다. 차세대 비휘발성 메모리로 주목받는 PRAM(phase change random access memory)은 비정질과 결정질 사이의 저항차이를 이용하여 정보를 저장하며 다른 차세대 메모리 반도체와 비교하여 낮은 공정단가, 우수한 기록/소거 싸이클(>1012), 고속의 기록 및 읽기 속도 등의 장점을 가진다. PRAM의 상업적 이용을 위한 많은 연구가 이루어지고 있으나 여전히 상대적으로 긴 결정화 시간을 줄이고 고 집적화를 위해 결정에서 비정질로 상변화 하는데 필요한 전류를 낮추어야 하는 해결 과제를 안고 있다. 따라서 이러한 재료적인 문제에 있어서 원자 구조의 분석을 통하여 상변화 메커니즘에 대해 정확히 이해하는 것은 매우 중요하다. 본 연구에서는 상변화 기록 매질로 광범위하게 사용되는 GeSbTe 조성에 대하여 원자구조와 상변화 특성간의 상관관계를 연구하였다. 게다가 수소화 처리를 함으로써 비정질 칼코게나이드계의 결함에 대하여 고찰하였고 이러한 결과를 바탕으로 상변화 메커니즘을 밝히고 더 나은 재료의 조건을 제시하고자 하였다. 실험에 사용된 GeSbTe 조성은 5N의 금속 파우더를 칭량하여 석영관에 넣고 전통적인 용융-냉각 방법으로 벌크를 만들었으며 열증착 방법을 사용하여 박막을 제작하였다. Si와 glass위에 증착된 박막은 특정 온도에서 등온 열처리를 수행한 후 XRD, AFM, XPS, EXAFS, UV-Vis-IR spectrophotometer 장비를 사용하여 비정질 박막과 결정화된 박막의 물성 및 원자구조를 분석하였고 static tester를 사용하여 각 조성에 따른 상변화 속도의 차이를 비교하였다. 그 결과 Ge8Sb2Te11이 다른 조성에 비하여 반복쓰기에 유리하고 laser-pulse에 의한 상변화 속도가 빠른 것으로 나타났다. 또한 칼코게나이드의 결함이 상변화에 미치는 영향을 연구하기 위해 20atm 의 수소 분위기에서 열처리한 박막간의 특성을 비교하였고 수소 처리된 Ge2Sb2Te5 박막의 경우 결정화의 정도가 약해지는 반면 Ge8Sb2Te11은 더욱 안정한 상태가 되는 것으로 확인 되었다.
21세기의 급격한 멀티미디어 정보화 사회의 발달은 휴대가 용이하면서 대용량의 정보를 빠르게 처리하는 반도체 메모리 기술을 필요로 한다. 현재의 반도체 메모리 소자의 기술은 거의 한계에 이르렀고 이를 극복하기 위해 많은 차세대 반도체 메모리들이 연구되고 있다. 차세대 비휘발성 메모리로 주목받는 PRAM(phase change random access memory)은 비정질과 결정질 사이의 저항차이를 이용하여 정보를 저장하며 다른 차세대 메모리 반도체와 비교하여 낮은 공정단가, 우수한 기록/소거 싸이클(>1012), 고속의 기록 및 읽기 속도 등의 장점을 가진다. PRAM의 상업적 이용을 위한 많은 연구가 이루어지고 있으나 여전히 상대적으로 긴 결정화 시간을 줄이고 고 집적화를 위해 결정에서 비정질로 상변화 하는데 필요한 전류를 낮추어야 하는 해결 과제를 안고 있다. 따라서 이러한 재료적인 문제에 있어서 원자 구조의 분석을 통하여 상변화 메커니즘에 대해 정확히 이해하는 것은 매우 중요하다. 본 연구에서는 상변화 기록 매질로 광범위하게 사용되는 GeSbTe 조성에 대하여 원자구조와 상변화 특성간의 상관관계를 연구하였다. 게다가 수소화 처리를 함으로써 비정질 칼코게나이드계의 결함에 대하여 고찰하였고 이러한 결과를 바탕으로 상변화 메커니즘을 밝히고 더 나은 재료의 조건을 제시하고자 하였다. 실험에 사용된 GeSbTe 조성은 5N의 금속 파우더를 칭량하여 석영관에 넣고 전통적인 용융-냉각 방법으로 벌크를 만들었으며 열증착 방법을 사용하여 박막을 제작하였다. Si와 glass위에 증착된 박막은 특정 온도에서 등온 열처리를 수행한 후 XRD, AFM, XPS, EXAFS, UV-Vis-IR spectrophotometer 장비를 사용하여 비정질 박막과 결정화된 박막의 물성 및 원자구조를 분석하였고 static tester를 사용하여 각 조성에 따른 상변화 속도의 차이를 비교하였다. 그 결과 Ge8Sb2Te11이 다른 조성에 비하여 반복쓰기에 유리하고 laser-pulse에 의한 상변화 속도가 빠른 것으로 나타났다. 또한 칼코게나이드의 결함이 상변화에 미치는 영향을 연구하기 위해 20atm 의 수소 분위기에서 열처리한 박막간의 특성을 비교하였고 수소 처리된 Ge2Sb2Te5 박막의 경우 결정화의 정도가 약해지는 반면 Ge8Sb2Te11은 더욱 안정한 상태가 되는 것으로 확인 되었다.
As the demand for portable applications increases with rapid growth of an multimedia information-oriented society, we need a new concept of memory devices for the next generation such as phase-change random access memory (PRAM), which is an alternative memory candidate that utilizes the difference o...
As the demand for portable applications increases with rapid growth of an multimedia information-oriented society, we need a new concept of memory devices for the next generation such as phase-change random access memory (PRAM), which is an alternative memory candidate that utilizes the difference of reversible nonvolatile resistivity between amorphous and crystalline states and has many advantages such as high speed, low power, non-volatility, high density and low cost. Until now, many studies have been undertaken, but additional efforts are required to develop new materials for commercialization which have more rapid crystallization and low reset current needed in phase change from crystal to amorphous. Therefore, it is meaningful to study the material characteristics at an atomic scale in order to understand more systematically the amorphous structure and its crystallization mechanism. In this work, we studied the correlation between atomic structure and phase transformation characteristics on the GeSbTe composition comprehensively utilized phase materials. Moreover, we tried to suggest the phase change mechanism and the dominant impact on the crystallization by consideration for the role of defect in chalcogenide system through hydrogenation. The thin films were obtained by thermal evaporation from bulk samples prepared by a conventional molten quenching technique. The thin films were isothermally annealed to conduct comparative study between amorphous and crystalline. We analyzed characteristics of each phase and atomic structure from XRD, AFM, XPS, EXAFS and UV-Vis-IR spectrophotometer and the crystallization speed according to composition from static tester. In result, the crystallization speed and rewriting ability of Ge8Sb2Te11 are better than that of others. In addition, We compared thin films annealed in the condition of H2 pressure (PH) of 20 atm to study an effect on phase transformation of the defect of chalcogenide system. the hydrogenation inhibited the transition of Ge2Sb2Te5 but hardly affected that of Ge8Sb2Te11. In particular, the amorphous-to-crystalline transition in the hydrogenated Ge8Sb2Te11 film was very stable.
As the demand for portable applications increases with rapid growth of an multimedia information-oriented society, we need a new concept of memory devices for the next generation such as phase-change random access memory (PRAM), which is an alternative memory candidate that utilizes the difference of reversible nonvolatile resistivity between amorphous and crystalline states and has many advantages such as high speed, low power, non-volatility, high density and low cost. Until now, many studies have been undertaken, but additional efforts are required to develop new materials for commercialization which have more rapid crystallization and low reset current needed in phase change from crystal to amorphous. Therefore, it is meaningful to study the material characteristics at an atomic scale in order to understand more systematically the amorphous structure and its crystallization mechanism. In this work, we studied the correlation between atomic structure and phase transformation characteristics on the GeSbTe composition comprehensively utilized phase materials. Moreover, we tried to suggest the phase change mechanism and the dominant impact on the crystallization by consideration for the role of defect in chalcogenide system through hydrogenation. The thin films were obtained by thermal evaporation from bulk samples prepared by a conventional molten quenching technique. The thin films were isothermally annealed to conduct comparative study between amorphous and crystalline. We analyzed characteristics of each phase and atomic structure from XRD, AFM, XPS, EXAFS and UV-Vis-IR spectrophotometer and the crystallization speed according to composition from static tester. In result, the crystallization speed and rewriting ability of Ge8Sb2Te11 are better than that of others. In addition, We compared thin films annealed in the condition of H2 pressure (PH) of 20 atm to study an effect on phase transformation of the defect of chalcogenide system. the hydrogenation inhibited the transition of Ge2Sb2Te5 but hardly affected that of Ge8Sb2Te11. In particular, the amorphous-to-crystalline transition in the hydrogenated Ge8Sb2Te11 film was very stable.
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