Development of infrared photothermal deflection spectroscopy suitable for defect level evaluation of phase-change memory and selector materials

开发适用于相变存储器和选择器材料缺陷水平评估的红外光热偏转光谱

基本信息

批准号：
21K04861
负责人：
後藤民浩
金额：
$ 2.66万
依托单位：
Gunma University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
财政年份：
2021
资助国家：
日本
起止时间：
2021-04-01 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

カルコゲナイド系化合物半導体は、相変化メモリ・セレクタや神経細胞を模したニューロモーフィックシステムへの応用が期待されている。デバイス動作時の抵抗遷移過程を理解し、高性能化・信頼性向上を実現するには、半導体の基礎物性である局在準位情報が必要不可欠である。一方、一般的な局在準位評価法はこれらの材料に適用しにくい課題がある。そこで本研究では相変化メモリ・セレクタ材料の局在準位評価に適した赤外光熱偏向分光法を開発する。今年度は光熱偏向分光システムの改良とカルコゲナイド薄膜の作製を行った。システムの励起光の周波数を最適化し、従来よりも2倍程度の信号増大を実現した。薄膜試料の微弱光吸収を評価する際、基板からの信号をはじめとするバックグランドの取り扱いが課題となる。特に石英ガラスのOH関連の光吸収がバックグランドとして大きいことが分かってきた。対応策として、赤外線領域の吸収の少ないサファイアを用いることで、2500 nmより長い波長領域のバックグランド信号を低減した。わずかに残るバックグランドと試料の信号を分離することで、アモルファスカルコゲナイド薄膜の低密度欠陥や不純物の定量が可能となった。直流スパッタ装置を用い、代表的な相変化材料であるGe2Sb2Te5薄膜を作製した。従来用いてきた石英ガラスに加え、サファイアを基板として製膜を行い、従来と同様の物性を示すことを確認した。今後、相変化メモリに有望な新材料を製膜し、欠陥密度評価を行う。さらに、外部の研究機関からも材料の提供を受けることで、アモルファスカルコゲナイド材料群の局在準位情報を明らかにする計画である。研究成果の一部を2022年第83回応用物理学会秋季学術講演会および2023年第70回応用物理学会春季学術講演会にて発表した。今後は膜質の異なる試料を作製し、欠陥密度の定量評価を進める予定である。

基于硫族化物的化合物半导体有望应用于相变记忆选择器和模仿神经细胞的神经形态系统。为了了解器件工作过程中的电阻转变过程并实现更高的性能和可靠性，局部电平信息（半导体的基本物理特性）至关重要。另一方面，一般的局部水平评估方法存在难以应用于这些材料的问题。在本研究中，我们开发了一种适用于相变存储选择器材料的局部水平评估的红外光热偏转光谱方法。今年，我们改进了光热偏转光谱系统并制备了硫族化物薄膜。通过优化系统激发光的频率，我们实现了约传统系统两倍的信号增加。当评估薄膜样品的弱光吸收时，背景的处理（包括来自基板的信号）成为一个问题。特别是，作为背景，已经清楚石英玻璃中与OH相关的光吸收很大。作为对策，我们使用了在红外区域吸收率较低的蓝宝石，以减少超过 2500 nm 波长区域的背景信号。通过将样品信号与少量剩余背景分离，可以量化非晶硫族化物薄膜中的低密度缺陷和杂质。使用直流溅射系统制备了典型相变材料 Ge2Sb2Te5 薄膜。除了传统使用的石英玻璃之外，还使用蓝宝石作为基板来形成膜，并且证实该膜表现出与传统膜相同的物理性质。未来，我们将制造有望用于相变存储器的新材料薄膜并评估缺陷密度。此外，通过接收外部研究机构的材料，我们计划澄清非晶硫族化物材料的局部水平信息。部分研究成果在2022年第83届日本应用物理学会秋季学术会议和2023年第70届日本应用物理学会春季会议上发表。未来，我们计划制作不同薄膜质量的样品，并进行缺陷密度的定量评估。

项目成果

期刊论文数量（10）

专著数量（0）

科研奖励数量（0）

会议论文数量（0）

专利数量（0）

Elemental electrical switch enabling phase segregation?free operation

基本电气开关可实现相分离？自由运行

DOI：
10.1126/science.abi6332
发表时间：
2021
期刊：
影响因子：
56.9
作者：
Shen Jiabin;Jia Shujing;Shi Nannan;Ge Qingqin;Gotoh Tamihiro;Lv Shilong;Liu Qi;Dronskowski Richard;Elliott Stephen R.;Song Zhitang;Zhu Min
通讯作者：
Zhu Min

Localized states of Ge2Sb2Te5 films evaluated by infrared photothermal deflection spectroscopy

通过红外光热偏转光谱评估 Ge2Sb2Te5 薄膜的局域态