Авачёв А.П., Воробьев Ю.В., Воробьева Ю.В., Звягинцев А.С., Митрофанов К.В.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«РЯЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Исследование топологических и электрических параметров плёнок GST225, полученных при разных технологических режимах, методами зондовой микроскопии

В данной работе проводятся исследования тонких плёнок халькогенидных стеклообразных полупроводников состава Ge₂Sb₂Te₅ (GST225).

Халькогенидные сплавы сложного состава привлекают внимание исследователей в связи с их использованием в многочисленных устройствах микроэлектроники и оптоэлектроники. В настоящий момент во всем мире ведутся активные поиски способов улучшения параметров элементов памяти: быстродействия, ёмкости, надёжности и малой стоимости. В последнее десятилетие пристальный интерес вызывают работы по созданию устройств энергонезависимой фазовой памяти (Phase Change Memory или РСМ), работающих на принципе обратимого фазового перехода «аморфное ↔ кристаллическое» состояние. Фазовая память — это технология, основанная на термически образующемся фазовом переходе тонкой плёнки халькогенидного материала Ge₂Sb₂Te₅ (GST). В этой ячейке памяти фазовое изменение образуется электрически в халькогенидном слое, переключая его состояние из аморфного в кристаллическое и, соответственно, меняя сопротивление. Теоретически возможно создание такой ячейки с помощью АСМ- или СТМ-методов.

Одним из наиболее востребованных и изученных составов среди применяемых материалов фазовой памяти является соединение Ge₂Sb₂Te₅ (GST225). В работе исследовались образцы плёнок GST225, которые были напылены на подложки с несколькими видами металлизации при различных технологических режимах. При проведении исследований было получено более 60 карт распределения тока по поверхности и изображений топологии различных образцов. Данные были получены различными зондовыми методами и при различных напряжениях зонд-образец, с использованием различных зондов. На атомно-силовом микроскопе исследована топология образцов и получены зависимости распределения плотности тока через образец от различных параметров (рисунок 1). На сканирующем туннельном микроскопе получены вольтамперные характеристики (рисунок 2), а также распределение плотности локализованных состояний в энергетической зоне образцов.

Рисунок 1 – Зависимость плотности тока от толщины плёнки. Зонд с покрытием TiN. Образец с нижним контактом из Ti

Рисунок 2 – Вольтамперная характеристика. Зонд с покрытием TiN. Образец с нижним контактом из Ti

Анализ данных показал, что плотность тока зависит от толщины плёнки прямо пропорционально, что разнится со стандартными представлениями о том, что при увеличении толщины плёнки сопротивление её должно расти, а ток — уменьшаться. Это можно объяснить тем, что с ростом толщины плёнки увеличивается число и размеры кристаллических вкраплений в аморфной структуре плёнки, что и ведёт к росту проводимости. Проводимость плёнок также весьма сильно зависит от типа нижнего электрода. Этот факт необходимо учитывать при проектировании устройств энергонезависимой памяти на основе GST225.

Полученные результаты имеют практическую ценность, так как могут быть использованы при проведении дальнейших исследований, для подтверждения или опровержения ранее полученных результатов, а так же для обоснования выбора тех или иных технологических режимов напыления пленок GST225 в соответствии с поставленными задачами.

Работа выполняется при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ.