ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Халькогенидные стеклообразные полупроводники (ХСП), интенсивное изучение которых началось в середине 50х годов 20 века после открытия Б.Т.Коломийцем и Н.А.Горюновой у них полупроводниковых свойств [1], выдвинули перед исследователями ряд фундаментальных вопросов, решение которых в той или иной степени за прошедшие 50 лет привело к практическому использованию ХСП в разнообразных приборах [2].

Одно из основных свойств ХСП, используемых в современной микроэлектронной промышленности, является изменение фазового состояния и как следствие проводимости под воздействием внешних воздействий. Данное свойство находит все более широкое применение в промышленности, что обуславливает актуальность исследований в данном направлении.

Цель работы. Целью настоящего диссертационного исследования является исследование особенностей фазового перехода ХСП на основе GST-225 в целях повышения их термостабильности для дальнейшего использования в ячейках энергонезависимой фазовой памяти (ЯЭФП). Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

• выявить основные токовые характеристики и установить

механизмы функционирования стеклообразных халькогенидных

полупроводников, легированных азотом и бором;

• разработать математическую модель физических процессов фазового перехода в неупорядоченных полупроводниках структуры GST-225;

• разработать модель массива ЯЭФП с учетом неоднородности свойств ХСП состава GST-225;

• разработать оптимизированные алгоритмы анализа, синтеза и параметрической идентификации ЭЯФП;

• выявить оптимальные параметры импульсов напряжения для изменения фазового состояния и получить значения числа циклов перезаписи для образцов ХСП легированных бором и азотом.

Методы исследований.

Научная новизна. В диссертационной работе впервые:

• детально исследовано влияние легирования ХСП состава GST- 225 бором и азотом на изменение проводимости при изменении фазового состояния;

• разработана математическая модель физических процессов в полупроводниковых структурах состава GST-225 и в частности термостимулированной туннельной ионизации U-минус центров;

• проведено моделирование работы основных элементов устройства памяти, образующих, с учетом неоднородности по площади свойств ХСП, неоднородную диссипативную среду;

• получены оптимальные параметры импульсов напряжения для изменения фазового состояния легированных бором и азотом ХСП состава GST-225, а так же выявлено предельное количество циклов изменения фазового состояния для каждого типа ХСП.

Научная и практическая значимость диссертационного исследования состоит в том, что полученные результаты существенно дополняют известные результаты по изучению применения ХСП в устройствах ЯЭФП. Установлены механизмы протекания токов в ХСП материалах. Разработанные в диссертации методы моделирования ЯЭФП позволяют прогнозировать поведение больших массивов с учетом неоднородности структуры отдельных элементов, что может быть использовано при расчете надежности данных элементов.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. В интересующей области электрических полей наиболее вероятна термостимулированная туннельная ионизация электрона. Характерная величина энергии центров в халькогенидах системы GeSbTe составляет порядка 0,3-0,4 эВ.

2. Генетические алгоритмы синтеза и параметрической идентификации ЯЭФП в совокупности с методом оптимизации Катхилла-Макки позволяют получить валидную модель массива ЯЭФП в виде пленочной резистивной-

емкостной среды с распределенными параметрами. При этом возможно моделирование поведения ЯЭФП в диапазоне частот до 3 ГГц.

3. ХСП состава GST-225 легированные азотом являются более предпочтительными нежели легированные бором для использования в ЯЭФП. Количество циклов изменения фазового состояния (циклов перезаписи) ХСП легированного азотом составляет 10¹¹, а аналогичный показатель ХСП легированного бором - 10⁷.

Личный вклад автора. Основные экспериментальные результаты исследования получены в соавторстве, теоретические исследования полученных результатов выполнены соискателем. Формулировка защищаемых положений и основных выводов диссертационной работы принадлежат автору.

Работа по теме диссертации проводилась в рамках реализации проектной части государственного задания № 3.2448.2014/К.

Апробации работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на международной конференции «Фундаментальный и прикладной наноэлектромагнитизм» (FANEM'12) (Минск, БГУ, 2012г.), международной конференции «Наноинноватика 2013» (Рязань, РГРТУ, 2013), XVIII Всероссийской научно-технической конференции студентов, молодых ученых и специалистов "Новые информационные технологии в научных исследованиях " (НИТ-2013) (Рязань, РГРТУ, 2013), опубликован доклад на международной конференции FM&NT 2014, проходившей в институте твердотельной физики Латвийского университета.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ в журналах, рекомендуемых ВАК РФ для опубликования основных научных результатов диссертаций, получен патент на полезную модель

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы, содержащего 80 наименований. Общий объем диссертации составляет 101 страницу, включая 48 рисунков и 12 таблиц.