Особенности эффекта переключения и памяти в легированных висмутом радиационно-стойких наноразмерных пленках GE2SB2TE5

Аннотация

Физика и технология некристаллических материалов — одно из бурно развивающихся направлений физики конденсированного состояния, материаловедения и нанотехнологий. Среди многообразия материалов с некристаллической структурой особое место занимает класс халькогенидных стеклообразных полупроводников (ХСП) с уникальными свойствами и явлениями, такими как эффект переключения, фотоструктурные превращения. Эффект переключения наблюдается в тонких пленках ХСП и связан с быстрым обратимым фазовым переходом структуры из стеклообразного состояния в кристаллическое под действием импульсов напряжения или лазерного излучения. На основе этого эффекта сформировался отдельный класс носителей информации для энергонезависимых запоминающих устройств типа PCM (Phase Change Memory) с высокими показателями производительности и надежности. Материалами для использования в устройствах PCM являются ХСП сложных составов, лежащих на квазибинарной границе GeTe-Sb2Te3, а тонкие пленки состава Ge2Sb2Te5 являются наиболее перспективными для использования в устройствах PCM. Возможность управления электронными свойствами таких функциональных материалов на основе ХСП значительно расширяет сферу их применения и является важной научной и практической задачей, поскольку традиционные методы целенаправленного изменения электронных свойств кристаллических полупроводников, такие как легирование в процессе синтеза или метод термодиффузии оказались неэффективными для ХСП. Примеси, введенные в ХСП в малых концентрациях указанными выше способами, обычно не проявляют электрической активности, так как компенсируются их заряженными структурными дефектами, а увеличение концентрации примеси приводит к значительной кристаллизации. В данной работе методом энергодисперсионного анализа на сканирующем электронном микроскопе был исследован атомный состав наноразмерных пленок Ge2Sb2Te5 с содержанием висмута более 12 ат.%, полученных методом ионно-плазменного напыления в режиме постоянного тока. Кроме того, были измерены вольтамперные характеристики образцов. Установлено, что напряжение перехода и время, характеризующие эффект переключения и памяти, существенно зависят от толщины пленки и состава. Добавление висмута уменьшает время переключения пленок. Уменьшение толщины пленки приводит к уменьшению порогового напряжения и времени переключения. Мы считаем, что результаты этой работы полезны для разработки оптической памяти на основе материалов с фазовым переходом.