Надежность устройств фазовой памяти и связь с физико-химическими свойствами материалов

В данной работе в основном рассматривается фазовая память на основе легированных пленок ХСП. В ряде работ проведены исследования легированием О2, N2, Si, C [24-27] Наилучшие показатели достигнуты при легировании азотом В нашей работе будет проведено более качественное численное моделирование легированной структуры GST в аморфном и кристаллическом состоянии.

информации нитриды на границах зерен остаются в кристаллическом состоянии. Поэтому пленка нитридов значительно замедляет диффузию атомов и увеличивает долговечность материала.

Надежность устройств фазовой памяти определяется, прежде всего, стабильностью свойств используемого халькогенидного полупроводника. По оценкам PCM будет обладать значительно большей надежностью и по времени хранения записанной информации, и по числу циклов записи и стирания по сравнению с флэш-памятью. Однако этот вопрос до конца не изучен, о чем говорит и большой разброс в оценке возможного числа циклов записи и стирания в устройствах фазовой памяти (по разным данным от IO⁶до IO¹³циклов). Это может быть связано с тем, что на надежность работы PCM может повлиять большое число факторов Проведенный анализ позволяет выделить возможное разделение фаз в ХСП при процессах считывания, записи и перезаписи, сопровождающихся многократным нагревом и охлаждением, как один из важнейших среди них Соединения, лежащие на линии квазибинарного разреза GeTe - Sb₂Te3 (GST225, GST124, GST147), формируют однофазные системы. Однако ряд факторов и процессов могут стимулировать разделение фаз:

- отклонение состава от стехиометрического [22];

- сегрегация атомов Те на границах зерен при термоциклировании тонких пленок Ge₂Sb₂Te₅ [23];

- химическая активность халькогенидов может привести к взаимодействию C диэлектрическими и проводящими (например, Ti в качестве электрода) материалами при повышенных температурах [24];

- заметное изменение объема материала (≈7%) при фазовом переходе может привести к заметным напряжениям в пленке [23, 25, 26],

- низкая температура плавления, высокое давление паров Те и высокая подвижность его атомов может привести к заметным его потерям при термоциклировании [23];

- понижение координационного числа сверхкоординированных атомов Те в аморфной фазе ХСП при термоциклировании [27],

- наличие большого числа метастабильных состояний, которые могут возникнуть в системе Ge-Sb-Te при нагреве [17]

Таким образом, требуется тщательное изучение стабильности тонких пленок ХСП при многократном термоциклировании, которое сопровождает процессы записи и стирания информации. Не менее важным аспектом в работе устройств фазовой памяти является понимание природы фазовых переходов в данных материалах.

основных механизмов в данном явлении являются фазовые переходы I рода «аморфное состояние - кристаллическое состояние».

Из различных GST соединений, мы выбрали Ge2Sb2Te5, которому уделяется особое внимание в последнее время и который удовлетворяет в качестве материала различным техническим требованиям к PRAM, такие как быстрое изменение фазы и хорошая стабильность [28]. Мы используем Vienna ab initio simulation package (VASP) [29] для моделирования и расчета электронной структуры. Для описания электронно-ионной взаимодействия используется метод PAW (Projector Augmented Waves) [ЗО] Для описання обменно-корреляционной энергии между электронами в приближении обобщенного градиента используется функция Perdew-Burke-Emzerhof (РВЕ) [31] При расчете диэлектрической константы и эффективных носителей зарядов, мы используем вычислительные пакет Quantum - ESPRESSO [32]. Для статистической выборки для каждой структуры рассматривались пять вариантов с различными начальными конфигурациями.

1.5.