• 한국세라믹학회지
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• 제44권1호
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• pp.18-22
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• 2007

The phase transition behavior of $Ge_2Sb_2Te_5$ (GST) thin film, which is a candidate material of recording layer for phase change random access memory (PRAM), has been evaluated using an in-situ reflectance measurement method. The experimental data have been analyzed by using johnson-mehl-avrami-kolomogorov (JMAK) model. JMAK model can be used only in isothermal state. However, temperature changes with time during the operation of PRAM. To apply JMAK equation to PRAM simulation, it has been assumed that the temperature increases stepwise and isothermally. By using JMAK equation and assumption for the transient state, the phase transition behavior of GST thin film has been predicted under $3^{\circ}C/min$ heating rate in this study. The simulation result agrees well with the experimental results. Therefore, It can be concluded that JMAK equation can be used far the PRAM simulation model.

• 한국전기전자재료학회논문지
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• 제30권3호
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• pp.133-138
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• 2017

We evaluated the structural, electrical and optical properties of tungsten (W)-doped $Ge_8Sb_2Te_{11}$ thin films. In a previous work, GeSbTe alloys were doped with different materials in an attempt to improve thermal stability. 200 mm thick $Ge_8Sb_2Te_{11}$ and W-doped $Ge_8Sb_2Te_{11}$ films were deposited on p-type Si (100) and glass substrates using a magnetron co-sputtering system at room temperature. The fabricated films were annealed in a furnace in the $0{\sim}400^{\circ}C$ temperature range. The structural properties were analyzed using X-ray diffraction (X'pert PRO, Phillips). The results showed increased crystallization temperature ($T_c$) leading to thermal stability in the amorphous state. The optical properties were analyzed using an UV-Vis-IR spectrophotometer (Shimadzu, U-3501, range : 300~3,000 nm). The results showed an increase in the crystalline material optical energy band gap ($E_{op}$) and an increase in the $E_{op}$ difference (${\Delta}E_{op}$). This is a good effect to reduce memory device noise. The electrical properties were analyzed using a 4-point probe (CNT-series). This showed increased sheet resistance ($R_s$), which reduces programming current in the memory device.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2004년도 추계학술대회 논문집 Vol.17
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• pp.203-206
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• 2004

For the realization of PRAM, $Ge_2Sb_2Te_5$ (GST) has been employed for the phase transition between the crystal and amorphous states by electrical joule heating. Although there has been a vast amount of results concerning the GST in material aspect for the laser-induced optical storage disc applications, the process-related issues of GST for the PRAM applications have not been reported. In this work, the etching behaviors of GST were investigated when the processing conditions were varied in the high-density helicon plasma. The etching parameters of RF main power, RF bias power, and chamber pressure were fixed at 600 W, 150 W, and 5 mTorr, respectively. For the etching processes, gas mixtures of $Ar/Cl_2$, $Ar/CF_4$, and $Ar/CHF_3$ were employed, in which the etching rates and etching selectivities of GST thin film in given gas mixtures were evaluated. From obtained results, it is found that we can arbitrarily design the etching process according to given cell structures and material combinations for PRAM cell fabrications.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2010년도 하계학술대회 논문집
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• pp.215-215
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• 2010

The feasibility of InSbTe (IST) chalcogenide materials prepared by metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) for phase-change memory (PRAM) applications was demonstrated. Films grown below $225^{\circ}C$ exhibited an amorphous structure, and the films grown at $300^{\circ}C$ Cincluded various crystalline phases such as In-Sb-Te, In-Sb, In-Te, and Sb-Te. The composition of the amorphous films grown at $225^{\circ}C$ was dependent on the working pressure. Films grown at $225^{\circ}C$ exhibited a smooth morphology with a root mean square(rms) roughness of less than 1nm, and the step-coverage of the films grown on a trench structure with an aspect ratio of 5:1 was greater than 90%. An increase in deposition time increased the filling rate, while retaining the conformal step-coverage. Films grown at $225^{\circ}C$ for 3h in a working pressure of $13{\times}10^2$ Pa exhibited a reproducible and complete filling in a trench structure.

• Transactions on Electrical and Electronic Materials
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• 제7권1호
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• pp.7-11
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• 2006

The changes of the electrical conductivity in chalcogenide amorphous semiconductors, $Ge_{1}Se_{1}Te_{2}$, have been studied. A phase change random access memory (PRAM) device without an access transistor is successfully fabricated with the $Ge_{1}Se_{1}Te_{2}$-phase-change resistor, which has much higher electrical resistivity than $Ge_{2}Sb_{2}Te_{5}$ and its electric resistivity can be varied by the factor of $10^5$ times, relating with the degree of crystallization. 100 nm thick $Ge_{1}Se_{1}Te_{2}$ thin film was formed by vacuum deposition at $1.5{\times}10^{-5}$ Torr. The static mode switching (DC test) is tested for the $100\;{\mu}m-sized$ $Ge_{1}Se_{1}Te_{2}$ PRAM device. In the first sweep, the amorphous $Ge_{1}Se_{1}Te_{2}$ thin film showed a high resistance state at low voltage region. However, when it reached to the threshold voltage, $V_{th}$, the electrical resistance of device was drastically reduced through the formation of an electrically conducting path. The pulsed mode switching of the $20{\mu}m-sized$ $Ge_{1}Se_{1}Te_{2}$ PRAM device showed that the reset of device was done with a 80 ns-8.6 V pulse and the set of device was done with a 200 ns-4.3 V pulse.

• Applied Microscopy
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• 제38권4호
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• pp.279-284
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• 2008

상변화 메모리 재료로 사용 가능한 In-Sb-Te (IST) 박막을 RF 마그네트론 스퍼터링법을 사용하여 증착한 후 열처리를 통해 온도에 따른 결정화 거동 및 미세구조를 투과전자현미경(TEM)을 통해 분석하였다. IST 박막은 as-dep 상태에서 비정질상으로 존재하였으며, 열처리 온도에 따라 결정상인 InSb, $In_3SbTe_2$, InTe으로 상변화가 일어났다. 이러한 상변화는 기존의 삼원계 상태도와 다른 비평형 상태에서의 상변태가 이루어짐을 확인할 수 있다. 상변화 과정 중 박막의 두께가 무질서하게 배열되었던 비정질상에서 규칙적인 배열을 갖는 결정질상으로 변할수록 감소하는 경향을 확인하였다. 또한 각각의 결정립의 크기도 온도가 증가할수록 증가하는 것을 관찰하였다. 특히, $350^{\circ}C$ 열처리한 박막의 InSb 상은 비정질 상태에서 표면에너지가 가장 낮은 {111}면을 따라 facet을 이루며 결정화가 이루어졌다. 온도가 증가함에 따라 $In_3SbTe_2$로 상변화가 일어났는데, $400^{\circ}C$ 열처리한 시편의 경우 미소영역에서 마이크로 트윈들이 관찰되었다. 이 면결함은 {111}면을 따라 양쪽의 격자점들이 일치하는 정합 쌍정립계를 이루고 있었으며, $450^{\circ}C$에서 동일영역을 관찰해 본 결과 쌍정 결함들이 치유되어 {111} facet 면을 이루고 있는 것을 확인하였다. 또한 비교적 작은 영역에서 상분리가 일어난 InTe 상도 관찰하였다. InTe 상의 경우 포정반응 온도인 $555^{\circ}C$보다 낮은 온도에서 관찰되었는데, InTe의 (002)면과 $In_3SbTe_2$의 (111)면이 비슷한 면간거리를 가지고 있음을 확인하였다. 추가적으로 $500^{\circ}C$ 이상의 온도에서 이들의 결정학적 관계에 따른 상변화 과정에 연구가 수행되어야 할 것으로 생각된다.

• 한국전기전자재료학회:학술대회논문집
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• 한국전기전자재료학회 2008년도 추계학술대회 논문집 Vol.21
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• pp.419-420
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• 2008

In this work, we report several experimental data capable of evaluating the phase transition characteristics of (InTe)x(GeTe)y (x = 0.1, 0.3, y =1) pseudo-binary thin films. (InTe)x(GeTe)y phase change thin films have been prepared by thermal evaporator. The crystallization characteristics of amorphous (InTe)x(GeTe)y thin films were investigated by using nano-pulse scanner with 658 nm laser diode (power : 1~17 mW, pulse duration : 10~460 ns) and XRD measurement. It was found that the crystalline speed of In-Ge-Te thin films are faster than $Ge_2Sb_2Te_5$[1] and also the crystalline temperature is higher. Changes in the optical transmittance of as-deposited and annealed films were measured using a UV-VIS-IR spectrophotometer and four-point probe was used to measure the sheeresistance of InGeTe films annealed at different temperature.

• 한국광학회지
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• 제18권5호
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• pp.351-361
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• 2007

마그네트론 스퍼터링 방법을 사용하여 광기록 매체인 GST 박막과 보호층인 $ZnS-SiO_2$ 박막 또는 $Al_2O_3$ 박막을 c-Si 기판위에 증착한 뒤 in-situ 타원계를 사용하여 상변화 광기록층인 GST 시료의 타원상수 온도의존성을 실시간으로 측정한 결과 $300^{\circ}C$ 이상의 온도에서 GST의 고온 타원상수는 가열 환경 및 보호층의 종류에 따라 큰 차이를 보여주었다. 가열 환경 및 보호층의 종류에 따라 GST의 고온 타원상수가 달라지는 원인인 $1{\sim}2$시간의 긴 승온시간을 줄이기 위해 Phase-change Random Access Memory(PRAM) 기록기를 사용하였고 수십 ns 이내의 짧은 시간 내에 순간적으로 GST 시료를 가열 및 냉각하였다. GST층이 손상되지 않고 결정화 및 고온 열처리가 되는 PRAM 기록기의 기록모드와 레이저출력 최적조건을 찾았으며 다층박막 구조에서 조사되는 레이저 에너지가 광기록층인 GST에 흡수되는 양과 이웃하는 층으로 전파되는 양을 열확산방정식으로 나타내고 이를 수치해석적으로 풀어 레이저출력과 GST 박막의 최고 온도와의 관계를 구하였다. 지름이 1um 정도인 레이저스폿을 대략 $0.7{\times}1.0mm^2$의 면적내에 촘촘히 기록한 다음 고온 열처리된 GST 시료의 분광타원데이터를 500 um의 빔 크기를 가지는 마이크로스폿 분광타원계를 사용하여 구하고 그 복소굴절률을 결정하였다. In-site 타원계를 사용할 때에 가열 환경 보호층 물질의 영향을 크게 받은 GST의 고온 복소굴절률은 PRAM 기록기를 사용하였을 때에는 가열환경이나 보호층의 종류에 무관하게 안정된 값을 보여주었다 Atomic Force Microscope(AFM)과 Scanning Electron Microscopy(SEM)을 통해 관찰한 GST 다층박막시료의 고온 열처리 전후 표면미시거칠기 변화도 PRAM 기록기를 사용할 때에는 in-situ 타원계를 사용할 때보다 1/10 정도의 크기를 보여주어 PRAM 기록기와 분광타원계를 사용하여 결정한 GST의 고온광학물성의 신뢰성을 확인하여 주었다.