Глава 2. Исследование принципов функционирования стеклообразных халькогенидных полупроводников, легированных азотом и бором

В ряде работ [48-51] исследованы свойства легированного Ge2Sb2Te5 Наиболее интересные результаты получены при легировании азотом. В работе [52] показано, что легирование азотом заметно повышает стабильность работы оптических дисков, в легированных пленках уменьшается размер кристаллических зерен, а кристаллизация происходит при более высокой температуре.

В работе [53] исследованы образцы Ge2Sb2Te5 с добавлением 7 ат% азота. Измерено удельное сопротивление после отжига при различных значениях температуры и показано, что удельное сопротивление легированных образцов на порядок выше. Судя по величине удельного сопротивления и температурам отжига, речь идет о гексагональной фазе. Показано, что более высокое сопротивление кристаллической фазы позволяет уменьшить ток стирающего (reset) импульса вдвое. Кристаллические образцы исследованы с помощью просвечивающей электронной микроскопии и показано, что в легированных образцах размер кристаллических зерен существенно меньше. По мнению авторов, это является причиной увеличения стабильности устройств и позволяет увеличить количество циклов работы C IO⁵до IO⁷.

В работе [54] исследованы электрические свойства GST с добавлением 1.5 и 10 ат% азота. Показано, что при легировании увеличивается энергия активации проводимости 1Е. Так, в нелегированных пленках IE = 0.42 эВ, а в образцах, содержащих 1.5 ат% азота, IE = 0.46 эВ. При дальнейшем увеличении концентрации азота энергия активации меняется слабо. Кроме того, исследована зависимость сопротивления образцов от времени отжига при различных температурах и показано, что легирование увеличивает температуру кристаллизации. Качественное объяснение влияния азота на свойства материала дано в работе [55].

Но при легировании атомами бора возникает совершенно противоположная ситуация, так как материал становится неустойчивым и теряет свойства неупорядоченного халькогенидного проводника. Поэтому в данной работе выбран другой материал для легирования. Перспективными материалами в этой области являются кремний Si и кислород 02

Максимальное количество циклов перезаписи значительно увеличивается при легировании GST азотом. В результате легирования уменьшается размер кристаллических зерен, а на границах зерен формируется пленка нитридов, которая препятствует диффузии материала и увеличивает долговечность ячейки памяти.

2.1.