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《宁波大学》 2017年
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应用于低功耗相变存储器的Sb-Se基纳米材料的制备及性能研究

马亚东  
【摘要】:相变存储器以其高速、良好微缩性及非易失性等优点受到广泛的关注,同时,也面临着数据保持力相对较差、功耗较高等问题。作为相变存储介质,Sb-Se材料因其较低的热导率及熔点等性质,可以显著降低相变存储器的功耗。本文以相变存储材料为切入点,系统研究了Sb-Se基纳米薄膜和纳米线的微结构及物理性质,旨在优化相变材料及降低相变存储器功耗。本文主要包括两部分内容:首先,本文以Sb2Se3和Sb2Te双靶采用磁控共溅射方法制备了一系列的Sb-Te-Se薄膜,系统统地研究Sb–Te–Se薄膜的电学特性以及微结构,包括不同组分的Sb–Te–Se薄膜由热退火所导致的微结构变化,具体结果如下:(1)随着Se含量的增加,薄膜样品的结晶温度Tc从Sb60Te31Se9的150℃升至Sb55Te22Se23的180℃。其非晶态和晶态电阻率都随Se含量增加而增加,有利于降低功耗。Sb60Te31Se9、Sb57Te26Se17、Sb56Te24Se20及Sb55Te22Se23薄膜的10年数据保持力的最高温度分别为75.4、84.1、93.1及102.6℃。Se含量的增加可以显著提高非晶Sb-Te-Se膜的数据保持力。(2)Sb60Te31Se9,Sb57Te26Se17两组薄膜样品在300℃退火后的析晶峰为Sb,而Se含量较多的Sb56Te24Se20和Sb55Te22Se23两组薄膜样品在300 ℃退火后,又出现新的析晶峰——菱方相的Sb2Se Te2。并且由TEM结果可以看到,析出晶粒的尺寸约为几十纳米,均匀地分布在样品薄膜中,这有利于提高器件的密度。(3)Sb56Te24Se20和Sb55Te22Se23薄膜样品中Sb2Se Te2晶相出现是由于在高温退火环境下,薄膜样品Sb Se3/2中的Se原子进入Sb-Te中并与Te形成化学键,进而导致原子重新排列和新的晶相的形成。其次,采用热气相沉积(VLS)方法在双温区水平管式炉中制备了Ge-Sb-Se纳米线,系统的研究了载气流量、生长温度、生长距离对纳米线形貌的影响,具体结果如下:(1)优化出Ge-Sb-Se纳米线的生长条件:在管式炉内气压为100Torr、温度为400℃、载气速率为100SCCM条件下,Ge-Sb-Se纳米线生长的最佳位置约为距离蒸发源7cm处。(2)在生长温度为400~450℃范围内,纳米线的直径随温度升高逐渐变大。随着温度的升高,XRD结果表明纳米线的衍射峰为Ge Sb2和Sb2Se3,表明生长温度对Ge-Sb-Se纳米线的直径有较大的影响。(3)随着载气速率的增加,纳米线的生长越发的稠密,这是因为较大的气流速率会将更多的气体原材料带向生长区,过多的反应物在到达衬底后融入到催化剂Au液滴中并沉积下来,加速了纳米线的生长。
【学位授予单位】:宁波大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TP333;TB383.1

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