Введение

Актуальность темы. Халькогенидные стеклообразные полупроводники (ХСП), интенсивное изучение которых началось в середине 50х годов 20 века после открытия Б.Т Коломийцем и H 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].

Экспериментально было показано, что некоторые примеси [7] способны сильно изменять электрические свойства, и в большинстве случаев это трактуется как изменения состояний в щели подвижности, связанные с дефектными состояниями, что позволяет сделать предположения о природе как примесных, так и собственных дефектов [8].

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:

1.

функционирования стеклообразных халькогенидных полупроводников,

легированных азотом и бором,

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

3. разработать модель массива ЯЭФП с учетом неоднородности свойств ХСП состава GST-225,

4. разработать оптимизированные алгоритмы анализа, синтеза и параметрической идентификации ЯЭФП,

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

Методы исследований. Поставленные задачи решались с помощью различных методов, включая численные методы, методы линейных преобразований, функций Грина, метод Jll ІЦВ. методы дифференцирования. Для решения задачи определения механизма переноса носителей в пленках ХСП был предложен метод генерации и переноса носителей за счёт токов термоэмиссии. Для расчёта BAX структуры ХСП и распределения в ней потенциала было решено уравнение Пуассона, распределение концентрации носителей в котором даётся уравнением Максвелла-Больцмана.

Вычисление вероятности термостимулированной туннельной ионизации (/-минус центров основывалось на модели Хуанга-Риса. Для синтеза ЯЭФП различных конструктивных вариантов использовались генетические алгоритмы, при этом для их оптимизации использовался в частности метод Катхилла-Макки.

Научная новизна. В диссертационной работе впервые:

1. детально исследовано влияние легирования ХСП состава GST-225 бором и азотом на изменение проводимости при изменении фазового состояния,

2. разработана математическая модель физических процессов в полупроводниковых структурах состава GST-225 и в частности термостимулированной туннельной ионизации (/-минус центров;

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

4.

Научная и практическая значимость диссертационного исследования состоит в том, что полученные результаты существенно дополняют известные результаты по изучению применения ХСП в устройствах ЯЭФП Установленные 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. Полученный в диссертации макет ячейки энергонезависимой фазовой памяти на основе ХСП состава GST-225 легированной азотом может стать основой для изготовления ячеек в промышленных масштабах.

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 IO¹¹, а аналогичный показатель для ХСП легированного бором - IO⁷.

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 FM&NT 2014 (Рига, Латвийский университет, 2014 г.), 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)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 5 работ в журналах, рекомендованных ВАК для публикации основных научных результатов диссертаций, а также 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 страница, включая 48 рисунков и 12 таблиц.