Ge2Sb2Te5相变薄膜的结构及结晶温度研究

利用射频磁控溅射法在室温下沉积了GST相变薄膜,利用XRD、AFM对其结构进行表征,原位XRD及DSC测试确定其结晶温度.（原位）XRD测试表明,室温下沉积的GST薄膜为非晶态,且在室温-375℃温度范围内,样品经历了非晶态→立方晶态→六方晶态相转变;通过原位XRD和DSC测试确定的GST薄膜的结晶温度一致,为-150℃.

飞秒激光辐照Ge_2Sb_2Te_5相变薄膜的拉曼光谱研究

室温下,采用磁控溅射镀膜系统在Si(100)基片上制备了Ge2Sb2Te5(GST)薄膜样品.对分别经过不同能量密度的飞秒激光辐照及经退火炉200℃退火处理的样品,进行拉曼光谱测试,通过分析其拉曼光谱峰位的变化来研究GST薄膜从非晶态到晶态转变的相变过程.随着辐照激光能量密度的增加,薄膜的拉曼峰位出现了定向移动.经200℃退火样品的拉曼谱与经24mJ/cm2飞秒激光辐照的样品拉曼谱相似,表明在一定条件下,超快激光光致相变与温控相变具有相似的效果.

Ge_2Sb_2Te_5相变薄膜光学及擦除性能研究

利用蓝绿激光对非晶态Ge2Sb2Te5相变薄膜进行擦除性能的研究,分别用1000ns, 500ns,100ns, 60ns脉宽的蓝绿激光进行实验.结果表明,一定脉宽下,反射率对比度随擦除功率的增加而增大 并且,在1000ns, 500ns, 100ns, 60ns的激光作用时间范围内,非晶态薄膜均可转变成晶态 对于脉宽为60ns的蓝绿激光,擦除功率大于4. 49mW以后,薄膜的反射率对比度高于15%,这表明Ge2Sb2Te5 相变薄膜在短脉宽、低擦除功率条件下,可具有较高的晶化速度 同时,分析了非晶态和晶态Ge2Sb2Te5 相变薄膜的光谱特性,对比研究了780nm, 650nm, 514nm和405nm波长处的反射率和反射率对比度。

生长温度对Ge_2Sb_2Te_5薄膜的相变行为以及微观结构的影响

采用射频磁控溅射方法，分别在玻璃和具有本征氧化层的Si（100）基片上制备了Ge2Sb2Te5相变薄膜。利用X射线衍射仪、扫描电镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、紫外分光光度计等对薄膜进行了表征，研究了不同生长温度（室温～300℃）的Ge2Sb2Te5薄膜的表面形貌和结晶特性。分析结果表明：室温沉积的薄膜为非晶态；沉积温度为100℃～250℃时，薄膜转变为晶粒尺度约14nm的面心立方结构；300℃～350℃沉积的薄膜有少量的六方相出现。薄膜表面粗糙度随着沉积温度的升高逐渐递增，且薄膜的反射率变化与表面粗糙度有直接的关系。

N-Ge_2Sb_2Te_5薄膜的相变特性研究

采用射频磁控溅射法在室温下沉积了N-GST相变薄膜,利用原位XRD研究了其相变过程.结果表明：室温下沉积薄膜均为非晶态,且在室温～375℃温度范围内,纯GST薄膜发生了非晶态→立方晶态→六方晶态相转变;然而,当N2流量为12.8 sccm时,N掺杂GST薄膜则发生了非晶态→六方晶态直接相转变.此外,通过原位XRD确定结晶温度,表明N引入能够显著提高GST薄膜的结晶温度,这有利于提高相变薄膜的非晶热稳定性.

钛掺杂对Ge_2Sb_2Te_5薄膜相变特性的改善（英文）

利用椭偏光谱术与XRD对钛掺杂Ge_2Sb_2Te_5薄膜中钛元素对体系的光学性质及其微结构的影响进行了实验研究.进而对该薄膜进行变温阻抗实验表明,钛掺杂Ge_2Sb_2Te_5薄膜与未掺杂的薄膜相比具有更好的热稳定性.基于对薄膜样品的数据保持能力测试的实验数据,经阿伦纽斯外推处理可知,钛掺杂Ge_2Sb_2Te_5薄膜样品的10年数据保持温度要高于未掺杂Ge_2Sb_2Te_5薄膜样品.本文的实验结果均证实,钛掺杂Ge_2Sb_2Te_5薄膜更适合应用于相变随机存取存储器中.

Ge_2Sb_2Te_5薄膜相变行为及其对光存储特性影响

采用射频磁控溅射方法,在石英玻璃基片上制备了Ge2Sb2Te5相变薄膜.X射线衍射分析表明:室温沉积的薄膜为非晶态;170℃真空退火后,薄膜转变为晶粒尺度约为17nm的面心立方结构;250℃退火导致晶粒尺度约为40nm的密排六方相出现.研究了室温至450℃下薄膜相变的热力学性能.差热分析显示:薄膜的非晶相向fcc相转变的相变活化能为(2.03±0.15)eV;fcc相向hex相转变的相变活化能为(1.58±0.24)eV.薄膜反射率测量表明:面心相与非晶相的反射率对比度随着波长从400nm增加到1000nm在15%～30%变化,六方相与非晶相的反射率对比度在30%～40%.不同脉冲宽度的激光对非晶态薄膜的烧蚀结果显示:激光的能量密度对薄膜的记录效果有显著影响,在5mW、50ns的脉冲激光作用下,Ge2Sb2Te5薄膜具有最好的光存储效果.

Ge_2Sb_2Te_5薄膜相变的内耗

采用脉冲激光沉积法在Si衬底制备了Ge2Sb2Te5合金薄膜,利用双端夹持音频簧振动技术在kHz范围内研究其由相变所引起的内耗谱,并通过电阻率测量加以验证.结果表明:在Ge2Sb2Te5薄膜的非晶相到立方相、立方相到六方相转变的温度范围内,出现了与相变有关的内耗峰P1和P2,其峰位置与升温速率有关且满足Kissinger关系;内耗峰P1和P2的相变激活能分别为(1.91±0.19)和(3.38±0.33)eV.

溅射功率对Ge_2Sb_2Te_5薄膜光学常数的影响

研究了溅射功率对 Ｇｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５ 薄膜的光学常数与波长关系的影响，结果表明，在波长小于 ５００ｎｍ的情况下，随溅射功率的增加非晶态薄膜的折射率ｎ先增加然后减小，消光系数Ｋ则逐渐减小； 在波长大于 ５００ｎｍ的情况下，随溅射功率的增加折射率 ｎ逐渐减少，消光系数ｋ先减小后增加．对于晶 态薄膜样品，在整个波长范围折射率ｎ随溅射功率的增加先减小后增加，消光系数ｋ则逐渐减少．薄膜样 品的光学常数，在长波长范围随波长变化较大，在短波长范围变化较小．讨论了溅射功率对 Ｇｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５ 薄膜的光学常数影响的机理．

激光致溅射沉积Ge_2Sb_2Te_5薄膜的结晶行为研究

利用ＸＲＤ研究了激光致溅射沉积Ｇｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５薄膜的结晶行为;研究发现,与热致相变不同的是,激光致相变只发生从非晶态到ＦＣＣ晶态结构的转变,从ＦＣＣ到ＨＣＰ的结构转变不再发生,这有利于提高相变光盘的信噪比．Ｇｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５薄膜的结晶程度受初始化功率和转速的影响．

Ge_2Sb_2Te_5不同晶相对相变存储单元RESET电流影响

相变存储器(Phase Change Memory,PCM)的RESET电流是决定其功耗的最重要参数。基于相变材料Ge_2Sb_2Te_5(GST)的PCM单元,不同的SET条件下晶粒表现出两种不同的晶态结构,分别为立方晶相和六方晶相。针对这两种不同晶态结构的晶粒,应用数值模拟计算,对PCM单元的RESET电流进行研究,并将模拟结果与实际测试结果对比验证。结果表明:基于立方晶粒GST的PCM单元需要的RESET电流更小。

溅射参数对Ge_2Sb_2Te_5薄膜光学常数的影响

研究了溅射参数对 Ge2 Sb2 Te5 薄膜的光学常数随波长变化关系的影响 ,结果表明 :(1)当溅射功率一定时 ,随溅射氩气气压的增加 Ge2 Sb2 Te5 薄膜的折射率先增大后减小 ,而消光系数先减小后增大 .(2 )当溅射氩气气压一定时 ,对于非晶态薄膜样品 ,在 5 0 0 nm波长以下 ,折射率随溅射功率的增加先增加后减小 ,消光系数则逐渐减小 ;在 5 0 0 nm以上 ,折射率随溅射功率的增加逐渐减少 ,消光系数先减小后增加 .对于晶态薄膜样品 ,在整个波长范围折射率随溅射功率的增加先减小后增加 ,消光系数则逐渐减少 .(3)薄膜样品的光学常数都随波长的变化而变化 ,在长波长范围变化较大 ,短波长范围变化较小 .探讨了影响 Ge2 Sb2 Te5

激光致晶态Ge_2Sb_2Te_5相变介质的光学常数

利用椭偏仪和光谱仪研究了结晶程度对 Ge2 Sb2 Te5相变薄膜光学常数的影响 .当初始化仪转速固定时 ,随激光功率的增加 ,折射率基本随之减小 ,消光系数逐渐增大 ,透过率逐渐减小 ;当激光功率固定时 ,随转速的增大 ,折射率也随之增大 ,消光系数随之减小 ,透过率逐渐增加 .非晶态与晶态间的变换、薄膜微结构的变化 (包括原子间键合状态的变化 )以及薄膜内残余应力是影响 Ge2 Sb2 Te5相变薄膜复数折射率的主要原因 .测量了 CD- RW(可擦重写光盘 )中 Ge2 Sb2

Ge_2Sb_2Te_5相变存储单元瞬态结晶过程研究

研究了基于Ge2Sb2Te5的相变存储器单元的瞬态结晶过程,并通过高频示波器捕捉了瞬态结晶过程的电压波形,发现了在结晶过程中瞬态波形存在振荡现象,且振荡频率随时间和脉高变化具有一定规律。结晶完成后振荡现象消失,单元电阻转变为稳定的低阻,通过相变存储器的场致导电通道结晶模型很好地解释了该瞬态结晶现象。

聚焦脉冲激光作用下Ge_2Sb_2Te_5薄膜晶化过程及机理

采用聚焦脉冲激光研究了Ge2Sb2Te5薄膜在沉积和激光淬火两种非晶态下反射率与激光脉冲宽度变化的关系,发现沉积态的Ge2Sb2Te5薄膜在晶化触发阶段内的反射率随激光脉冲宽度增加而减小,经过激光淬火的非晶态Ge2Sb2Te5薄膜在晶化触发阶段内的反射率随激光脉冲宽度增加而变化平缓.本文借用气-液体系中过饱和度分析液滴形成的原理,从统计物理学角度详细研究了两种非晶态Ge2Sb2Te5薄膜在脉冲激光作用下的晶化过程及机理,结果表明,当Ge2Sb2Te5的非晶态程度处于未饱和或饱和状态时不形成晶核;当Ge2Sb2Te5的非晶态程度处于过饱和状态时,此时的Ge2Sb2Te5为亚稳态,可能形成大小不等的晶核,但只有半径大于临界晶核尺寸时才可能长大成晶粒.而应力降低晶化能垒,增加非晶态Ge2Sb2Te5的过饱和度是导致沉积态与激光淬火态的Ge2Sb2Te5薄膜在晶化触发阶段内反射率随激光脉冲宽度变化规律不一致的根本原因,并据此解释了Ge2Sb2Te5薄膜在这两种状态下的反射率随激光脉冲宽度的变化特点及规律.

Ge_2Sb_2Te_5薄膜光学性能和短波长静态记录特性的研究

利用直流磁控溅射制备了单层Ge2 Sb2 Te5薄膜 ,研究了薄膜在 4 0 0～ 80 0nm区域的反射、透过光谱 ,计算了它的吸收系数 ,发现薄膜在 4 0 0～ 80 0nm波长范围内具有较强的吸收 随着薄膜厚度的增加 ,相应的禁带宽度Eg 也随之增加 对Ge2 Sb2 Te5薄膜光存储记录特性的研究发现 ,在5 14 .5nm波长激光辐照样品时 ,薄膜具有良好的写入对比度 ,擦除前后的反射率对比度在 6 %～18%范围内

制备条件对Ge2Sb2Te5薄膜电学性能的影响

研究了磁控溅射制备Ge2Sb2Te5薄膜时,制备条件诸如功率、气压等对薄膜性能的影响.主要通过测量薄膜方块电阻随退火温度的变化情况,探索Ge2Sb2Te5薄膜的成长机理.实验结果表明,不同溅射功率下制备的薄膜经不同温度退火后方块电阻没有明显的区别,而随着溅射气压的上升,薄膜方块电阻随退火温度的增加,下降的速率增加,意味着由面心立方结构转变为六方结构所需的结晶温度降低.

激光辐照引起Ge_2Sb_2Te_5非晶态薄膜的电/光性质变化

研究了激光辐照引起Ge2Sb2Te5非晶态薄膜的电/光性质变化,当激光功率为580mW时薄膜的方块电阻有四个数量级（10^7～10^3Ω/□）的突变;对电阻发生突变前、中、后的三个样品进行了XRD测试,结果表明,随着激光功率的增大,薄膜由非晶态向晶态转变,用椭偏仪测试了结构转变前、中、后三个样品的光学常数,在可见光范围内薄膜的光学常数在波长相同情况下有：n（非晶态）〉n（中间态）〉n（晶态）,k（晶态）〉k（中间态）〉k（非晶态）,α（晶态）〉α（中间态）〉α（非晶态）,结合电阻变化曲线和XRD图谱讨论了激光辐照Ge2Sb2Te5非晶态薄膜的电/光性质变化同激光功率和结构转变之间的关系.

沉积温度对Ge_2Sb_2Te_5溅射薄膜结构、电/光性质的影响(英文)

在衬底加热条件下利用磁控溅射法制备Ge2Sb2Te5薄膜,利用X射线衍射仪表征各种沉积温度下薄膜的结构,差示扫描量热法(DSC)确定的薄膜晶化温度为168℃(加热升温速率为5℃/min)。用四探针法测试薄膜的方块电阻,分光光度计测试薄膜的反射率谱,并根据反射率数据讨论在波长为405和650nm时薄膜的反射率对比度同沉积温度关系。结果表明:室温沉积的薄膜为非晶态;在衬底温度为140℃条件下薄膜已完全转变为晶态Ge2Sb2Te5,在300℃时出现少量的六方相;低于140℃时易形成非Ge2Sb2Te5组分的其它晶相,它们对薄膜的电/光性质有很大的影响,可能是导致此类相变光存储薄膜使用过程中反射率对比度下降的原因。

相变存储材料Ge_2Sb_2Te_5的电子结构研究

利用密度泛函理论对稳态六方Ge2Sb2Te5进行第一性原理计算,得到了其晶格常数、能带结构、电子态密度等相关性质.详细讨论了其成键情况和电子结构对材料晶化率的影响,从电子结构的角度解释了GST稳态与亚稳态之间的转换机制,对实验掺杂研究给出了理论性的指导.