Регистрация / Вход
Прислать материал

14.578.21.0085

Аннотация скачать
Постер скачать
Общие сведения
Номер
14.578.21.0085
Тематическое направление
Индустрия наносистем
Исполнитель проекта
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники"
Название доклада
Развитие физико-технологических принципов построения наноразмерных устройств фазовой памяти и разработка прототипа ячейки фазовой памяти
Докладчик
Лазаренко Петр Иванович
Тезисы доклада
Цели и задачи исследования
Целью ПНИЭР является разработка физико-технологических принципов построения наноразмерных устройств фазовой памяти и разработка и оптимизация технологии получения прототипа ячейки фазовой памяти.
Основные задачи проекта:
- проведение комплексных исследований свойств тонких пленок материалов фазовой памяти на основе соединений, лежащих на линии квазибинарного разреза GeTe-Sb2Te3, и влияния на свойства легирования с целью выявления состава с оптимальными свойствами для применения в устройствах фазовой памяти;
- разработка физико-технологических принципов построения наноразмерных устройств фазовой памяти;
- разработка и оптимизация технологии изготовления устройств фазовой памяти;
- разработка, создание и исследование прототипа ячейки фазовой памяти.
Актуальность и новизна исследования
В настоящее время фазовая память привлекает повышенный интерес как один из наиболее перспективных новых видов энергонезависимых запоминающих устройств. По сравнению с флэш-памятью фазовая память обладает меньшим временем обработки данных и энергопотреблением, большим числом циклов записи, потенциалом к дальнейшему уменьшению размера элементов, большей радиационной стойкостью. Ряд крупных зарубежных фирм заявил о начале выпуска запоминающих устройств на основе фазовой памяти. Для России, особенно с учетом требования импортозамещения, актуальным является ускорение исследований и разработок в этой области и доведение их до уровня, необходимого для внедрения в промышленное производство.
Описание исследования

Разработан и изготовлен аппаратно-технический комплекс для исследования процесса переключения при прямоугольных импульсах напряжений малой длительности; разработана методика и изготовлены экспериментальные образцы тонких пленок и слоистых структур на их основе; разработка методик измерения параметров экспериментальных образцов тонких пленок и слоистых структур на их основе; проведены исследования переключающих параметров тонких пленок перспективных материалов фазовой памяти при приложении постоянного напряжения и подаче импульсов напряжения прямоугольной формы; проведен общий анализ полученных результатов; сделан выбор оптимального варианта структуры ячеек фазовой памяти; определены принципы управления свойствами материалов фазовой памяти за счет изменения состава и типа легирующих примесей; сделан выбор составов материалов с оптимальными свойствами с точки зрения применения в устройствах фазовой памяти; разработаны физико-технологические принципы построения наноразмерных устройств фазовой памяти.

В ходе выполнения проекта были использованы научные приборы, стенды и установки, имеющихся в распоряжении исполнителей проекта, центров коллективного пользования «Электронные приборы и оборудование» (ЦКП ПКЭП) МИЭТ, «Диагностика и модификация микроструктур и нанообъектов» (ЦКП ДММН) МИЭТ, «Региональный Центр зондовой микроскопии коллективного пользования (РЦЗМкп) Рязанского государственного радиотехнического университета», а также уникальных научных установок: «Многофункциональный комплекс для формирования и исследования параметров тонких пленок» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Рязанский государственный радиотехнический университет»; «Учебно-производственный комплекс мелкосерийное производство высокотехнологичноцй продукции с автоматизированной системой управления» Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ», «Лазерные методы исследования конденсированных сред, биологических объектов и мониторинга окружающей среды (ЛАМИ)» Федерального государственного бюджетного учреждения науки Института автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук.

Результаты исследования

1. Разработана методика оценки кинетики кристаллизации тонких пленок материалов фазовой памяти. С использованием разработанной методики проведена оценка кинетики кристаллизации и времени обработки данных в устройствах фазовой памяти на основе тонких пленок Ge2Sb2Te5.

2. Отработаны методики синтеза халькогенидного полупроводника Ge2Sb2Te5, легированного примесями Bi, In, Ti.

3. Отработаны методики нанесения тонких пленок Ge2Sb2Te5, легированных Bi, In, Ti, методом вакуумно-термического испарения.

4. Проведены исследования термических свойств тонких пленок Ge2Sb2Te5, легированных Bi, In, Ti, методом ДСК. Установлено, что с помощью добавления таких примесей как Bi, In, Ti можно варьировать параметры кристаллизации, в частности, ее температуру.

5. Проведена оценка кинетики кристаллизации тонких пленок Ge2Sb2Te5, легированных Bi, In, Ti. Установлено, что наилучшими кинетическими параметрами обладают тонкие пленки Ge2Sb2Te5 + 0,5 вес.% Bi.

6. Исследовано влияние отжига на морфологию поверхности тонких пленок Ge2Sb2Te5, легированного примесями Bi, In, Ti, методами АСМ и РЭМ. 

7. Проведено измерение температурных зависимостей электрофизических характеристик тонких пленок Ge2Sb2Te5, легированных Bi, In, Ti, с использованием различных скоростей нагрева. Установлено, что кристаллизация сопровождается уменьшением удельного сопротивления тонких пленок на 3-4 порядка.

8. Разработана методика измерения температурных зависимостей термо-ЭДС тонкопленочных образцов, что позволило провести измерение температурных зависимостей термо-ЭДС тонких пленок.

9. Проведены измерение температурных зависимостей термо-ЭДС тонких пленок и их анализ. Определен тип проводимости и коэффициент термо-ЭДС тонких пленок Ge2Sb2Te5.

10. Проведен анализ механизмов переноса носителей заряда в тонких пленках исследуемых халькогенидных стеклообразных полупроводников с учетом результатов, полученных при измерениях термо-ЭДС и комплексных исследований слоев.

11. С помощью методов эллипсометрии и спектрофотометрии оценены значения коэффициента преломления, ширины щели по подвижности, энергии Урбаха слоев Ge2Sb2Te5, легированных Bi, In, Ti.

12. Разработан и изготовлен программно-аппаратный комплекс для исследования температурных зависимостей термо-ЭДС тонких пленок.

13. Разработан и изготовлен программно-аппаратный комплекс для исследования ВАХ тонких пленок материалов фазовой памяти в широком температурном диапазоне.

14. Проведено измерение вольт-амперных характеристик тонкопленочных образцов Ge2Sb2Te5, легированных Bi, In, Ti, N в широком температурном диапазоне.

15. Показана прямая взаимосвязь морфологии поверхности и электрофизических характеристик тонких пленок материалов фазовой памяти при кристаллизации.

16. Определены принципы управления свойствами материалов фазовой памяти.

17. Разработан и изготовлен аппаратно-технический комплекс для исследования процесса переключения при прямоугольных импульсах напряжений малой длительности.

18. Разработана технология формирования и исследованы электрофизические характеристики и переключающие параметры вертикальных и планарных ячеек фазовой памяти с нанометровым расстоянием между электродами.

19. Разработаны физико-технологические принципы построения наноразмерных устройств фазовой памяти.

Практическая значимость исследования
Фазовая память может быть применена для большого круга приборов электроники: приборы массового потребления (мобильные телефоны, смартфоны, планшеты и т.д.), приборы специального назначения, требующие повышенной надежности, быстродействия, радиационной стойкости (военной и атомная промышленности, авиа- и космическая техника). Созданное в ходе выполнения метрологическое обеспечение, которое включает оригинальные методики и измерительные аппаратно-программные комплексы для контроля параметров тонких пленок, структур и разрабатываемых изделий, может быть использовано для серийного производства устройств фазовой памяти.
Разработка технологии создания фазовой памяти может обеспечить замену флэш-памяти на рынке устройств хранения информации. Кроме того, фазовая память может быть использована в таких областях, где флэш-память в силу своих особенностей не может быть применена. Например, космическая, военная или атомная промышленность, где требуется высокая радиационная стойкость, или в качестве динамической памяти, где требуется высокая скорость обработки данных.