• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2007.11a
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• pp.115-115
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• 2007

PRAM (Phase Change Random Access Memory)은 상변화 물질의 비저항 차이를 이용한 메모리 소자로 차세대 비휘발성 메모리로 주목받고 있다. 현재 상변화 물질로 사용되고 있는 $Ge_2Sb_2Te_5$ 박막은 결정질 상태에서 저항이 낮아 RESET 동작에서 많은 전력이 소비되고 메모리의 고집적의 어려움이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 상변화 물질의 개선과 소자 구조의 개선 등의 새로운 접근이 시도되고 있다. 본 연구에서는 $Ge_2Sb_2Te_5$ 박막의 전기적 특성을 개선하기 위해서 이종 원소인 질소를 첨가한 N-doped $Ge_2Sb_2Te_5$ 박막에 대한 특성을 살펴 보았다. $SiO_2$/Si 기판 위에 100 nm 두께의 박막을 D.C. magnetron sputter 방법으로 증착하여, 질소 분위기 $100^{\circ}C{\sim}300^{\circ}C$온도 구간에서 열처리하였다. 열처리에 따른 박막 특성을 관찰하기 위해 면저항 측정, XRD, TEM 분석을 통해 박막 특성을 관찰하였다. 면저항 측정과 XRD peak 분석을 통해 $Ge_2Sb_2Te_5$ 시스템에 비하여 N-doped $Ge_2Sb_2Te_5$ 시스템의 결정화 온도가 상승하였음을 확인하였다. 면저항은 첨가된 질소의 조성이 증가할수록 증가하였고, FCC 상에서 HCP 상으로의 상변화 온도 역시 증가하였다. 첨가된 질소가 $Ge_2Sb_2Te_5$, 박막의 결정 성장을 억제하였고, 상대적으로 높은 저항을 가지고 안정한 FCC상을 고온 열처리 이후에도 유지하였다. 질소 첨가를 이용한 상변화 물질의 열안정성 향상과 저소비전력 구동을 통해 향후 고집적 상변화 메모리에의 적용이 가능하다.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.37 no.1
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• pp.88-93
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• 2024

To evaluate the possibility as a multi-level memory medium for the Ge₂Sb₂Te₅/TiN/W-doped Ge₂Sb₂Te₅ cell structure, the crystallization rate and stabilization characteristics according to voltage (V)- and current (I)- pulse sweeping were investigated. In the cell structures prepared by a magnetron sputtering system on a p-type Si (100) substrate, the Ge₂Sb₂Te₅ and W-doped Ge₂Sb₂Te₅ thin films were separated by a barrier metal, TiN, and the individual thicknesses were varied, but the total thickness was fixed at 200 nm. All cell structures exhibited relatively stable multi-level states of high-middle-low resistance (HR-MR-LR), which guarantee the reliability of the multilevel phase-change random access memory (PRAM). The amorphousto-multilevel crystallization rate was evaluated from a graph of resistance (R) vs. pulse duration (T) obtained by the nanoscaled pulse sweeping at a fixed applied voltage (12 V). For all structures, the phase-change rates of HR→MR and MR→LR were estimated to be approximately t<20 ns and t<40 ns, respectively, and the states were relatively stable. We believe that the doublestack structure of an appropriate Ge-Sb-Te film separated by barrier metal (TiN) can be optimized for high-speed and stable multilevel PRAM.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2009.06a
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• pp.103-103
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• 2009

본 논문에서는 기존의 GST(GeSbTe=2:2:5)와 비교하여 상변화 재료로서의 Ga 도핑된 $Ge_2Sb_2Te_5$의 가능성을 확인하고자 하였다. 실험에 사용된 Ga 도핑된 $Ge_2Sb_2Te_5$ 박막은 전통적 melt-quenching 방법에 의해 비정질로 제작된 벌크를 Thermal evaporation을 통하여 Si(100) 및 유리 (coming glass, 7059) 기판 위에 200nm의 두께로 증착하여 제작하였다. 각 박막의 상변화 특성은 여러 온도에서 열처리된 박막을 X-ray diffraction (XRD) 측정을 통하여 확인하였다. 각 조성 박막의 비정질-결정질 상변화속도 비교를 위하여 나노-펄스 스캐너 (nano-pulse scanner)를 사용하여 power; 1~17mW, pulse duration; 10~460ns 범위에서 박막의 상변화에 따른 반사도 차이를 측정 분석하였다. Ga의 도핑농도에 따른 전기적 특성 차이를 확인하기 위하여 4-point probe를 이용하여 박막의 면 저항을 측정하였고 또한 hall 측정을 통하여 박막의 흘 계수, 흘 농도 및 이동도를 확인하고 Ga가 상전이에 미치는 영향에 대하여 분석하였다.

• Proceedings of the Korean Vacuum Society Conference
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• 2013.02a
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• pp.186-186
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• 2013

Nitrogen doped Ge-Sb-Te (N-GST) thin films for phase change random access memory (PRAM) applications were investigated by synchrotron-radiation-based x-ray photoelectron spectroscopy and absorption spectroscopy. Nitrogen doping in GST resulted in more favorable N atoms' bonding with Ge atoms rather than with Sb and Te atoms [1,2], which explains the higher phase change transition temperature than that of undoped Ge-Sb-Te thin film. Surprisingly, it was noticed that N atoms also existed in the form of molecular nitrogen, $N_2$, which is detrimental to the stability of the GST performance [3]. N-doped GST experimental features were also supported by ab-initio molecular dynamic calculations [2]. References [1] M.-C. Jung, Y. M. Lee, H.-D. Kim, M. G. Kim, and H. J. Shin, K. H. Kim, S. A. Song, H. S. Jeong, C. H. Ko, and M. Han, "Ge nitride formation in N-doped amorphous Ge2Sb2Te5", Appl. Phys. Lett. 91, 083514 (2007). [2] Zhimei Sun, Jian Zhou, Hyun-Joon Shin, Andreas Blomqvist, and Rajeev Ahuja, "Stable nitride complex and molecular nitrogen in N doped amorphous Ge2Sb2Te5", Appl. Phys. Lett. 93, 241908 (2008). [3] Kihong Kim, Ju-Chul Park, Jae-Gwan Chung, and Se Ahn Song, Min-Cherl Jung, Young Mi Lee, Hyun-Joon Shin, Bongjin Kuh, Yongho Ha, Jin-Seo Noh, "Observation of molecular nitrogen in N-doped Ge2Sb2Te5", Appl. Phys. Lett. 89, 243520 (2006).

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2009.06a
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• pp.70-70
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• 2009

Si 도핑한 $Ge_2Sb_2Te_5$ 박막은 비정질상에서의 열적 안정성증가, fcc에서 hex상으로의 상전이 억제, 활성화 에너지 증가 등의 특성을 보인다. 본 연구에서는 Si 도핑에 의한 $Ge_2Sb_2Te_5$ 박막의 전기적 그리고 구조적인 특성에 관한 실험을 진행하였다. 실험에 사용된 Si 도핑 $Ge_2Sb_2Te_5$ 박막은 Si 기판 위에 radio frequency power supply를 사용해 Si과 $Ge_2Sb_2Te_5$ 타겟을 co-sputtering하여 증착하였다. Si의 sputtering 파워를 달리하여 실리콘의 농도를 다르게 증착 하였고 X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)를 사용하여 박막의 Si 농도를 측정하였다. 증착된 박막은 질소 분위기 하에서 $5\;^{\circ}C$/min으로 열처리 하여 여러 온도와 Si 농도에서의 박막의 특성을 측정하였다. 열처리 전, 후의 박막은 X-ray diffraction (XRD) 분석을 통하여 각각의 온도에서의 구조적 특성을 분석하였다. 열처리 온도에 따르는 필름의 전기적 특성 파악을 위해서 four-point probe를 이용하여 박막의 면저항을 측정하였고 그 값은 3 회 이상 측정하여 평균값을 사용하였다. Nano-pulse scanner를 사용하여 다양한 파워범위와 펄스폭 범위에서의 박막의 상변화에 따른 반사도 차이를 측정하여 각 조성에서의 비정질-결정질상 변화속도를 분석하였다.

• Journal of Powder Materials
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• v.21 no.2
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• pp.137-141
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• 2014

In this study, we report the sintering behavior and properties of a $Ge_2Sb_2Te_5$ alloy powders for use as a sputtering target by spark plasma sintering. The effect of various sintering parameters, such as pressure, temperature and time, on the density and hardness of the target has been investigated in detail. Structural characterization was performed by scanning electron microscopy and X-ray diffraction. Hardness and thermal properties were measured by differential scanning calorimetry and micro-vickers hardness tester. The density and hardness of the sintered $Ge_2Sb_2Te_5$ materials were 5.8976~6.3687 $g/cm^3$ and 32~75 Hv, respectively.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2008.11a
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• pp.305-306
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• 2008

본 논문에서는 PRAM 에서 기록매질로 이용될 수 있는 최적의 물질을 찾고자 $Ge_2Sb_2Te_5$ 박막에 Al을 첨가하여 비정질-결정질 천이시의 원자구조와 상변화 특성간의 관계를 연구하였다. 이 실험에 사용된 $Al_x(Ge_2Sb_2Te_5)_{1-x}$ 조성은 5N의 금속 파우더를 용융-냉각법으로 벌크를 제작하였고 열증착 방법으로 Si (100) 및 유리 (corning glass, 7059) 기판위에 200nm 두께로 박막을 증착하였다. 비정질 박막의 상변화에 따른 반사도 차이를 평가하기 위해서 658 nm의 LD가 장착된 나노펄스 스캐너를 이용하여 power; 1~17mW, pulse duration; 10~460 ns의 범위에서 각 조성의 비정질-결정질 상변화속도를 측정, 비교 분석하였다. 또한 각각의 박막을 $100^{\circ}C$ 에서 $400^{\circ}C$ 까지 $50^{\circ}C$ 간격으로 $N_2$ 분위기에서 1시간동안 열처리 한 후 XRD와 UV-Vis-NIR spectrophotometer를 사용하여 각 상의 구조분석 및 광학적 특성을 분석하였다. 또한 4-point probe로 면저항을 측정하였다.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.23 no.4
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• pp.261-266
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• 2010

In this paper, we report the changes of electrical, structural and optical characteristics in $Ge_2Sb_2Te_5$ thin films according to an increase of Si content. The Si-doped $Ge_2Sb_2Te_5$ thin films were prepared by rf-magnetron co-sputtering method. Isothermal annealing was carried out at $N_2$ atmosphere. The crystallization speed (v) of amorphous thin films was evaluated by detecting the reflection response signals using a nano-pulse scanner (wavelength = 658 nm) with illumination power of 1~17 mW and pulse duration of 10~460 ns. Structural phase changes were evaluated by XRD, and the optical transmittance was measured in the wavelength range of 300~3000 nm using UV-vis-NIR spectrophotometer. The sheet resistance (RS) of the thin films was measured using 4 point probe. Conclusivlely, the v-value decreased with an increase of Si content, while the RS-values of both crystalline and amorphous phases were increased. In particular, fcc-to-hexagonal transition was suppressed by the added Si atoms.

• Proceedings of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers Conference
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• 2010.06a
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• pp.52-52
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• 2010

상변화 재료로 가장 널리 이용되고 있는 $Ge^2Sb^2Te^5$ 박막에 전기전도성이 높은 Au를 첨가하여 상변환 특성을 연구하였다. ($Au)_x(Ge^2Sb^2Te^5)_{1-x}$ (X = 0, 0.05, 0.1) 박막은 Si 와 Glass 위에 Au 타켓과 $Ge^2Sb^2Te^5$ 타겟을 Co Sputtering 하여 만들었다. 증착된 박막은 Nanopulse Scanner 를 사용하여 결정화 속도를 측정하였다. 또한 $100^{\circ}C{\sim}400^{\circ}C$까지 $25^{\circ}C$간격으로 열처리 후 4 point prove를 이용하여 열처리 온도에 따른 저항의 차이를 측정하였으며 비정질 - 결정질 천이의 구조를 확인하기 위하여 XRD를 측정하였다. UV-VIS/IR 장비를 사용하여 비정질 박막과 결정화된 박막의 물성과 전기적 특성을 분석하였다.

• Journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers
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• v.23 no.3
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• pp.199-205
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• 2010

The crystallization speed (v) of amorphous (InTe)$_x$(GeTe) (x = 0.1, 0.3 and 0.5) films and their thermal, optical and electrical behaviors have been investigated using nano-pulse scanner (wavelength = 658 nm, laser beam diameter < 2 ${\mu}m$), X-ray diffraction (XRD), 4-point probe and UV-vis-IR spectrophotometer. These results were compared with those of $Ge_2Sb_2Te_5$ (GST) film, comprehensively utilized for phase-change random access memory (PRAM). Both v-value and thermal stability of (InTe)$_{0.1}$(GeTe) and (InTe)$_{0.3}$(GeTe) films could be enhanced in comparison with those of the GST. Contrarily, the v-value in the (InTe)$_{0.5}$(GeTe) film was so drastically deteriorated that we could not quantitatively evaluate it. This deterioration is thought because amorphous (InTe)$_{0.5}$(GeTe) film has relatively high reflectance, resulting in too low absorption to cause the crystallization. Conclusively, it could be thought that a proper compositional (InTe)$_x$(GeTe) films (e.g., x < 0.3) may be good candidates with both high crystallization speed and thermal stability for PRAM application.