RF 마그네트론 스퍼터링법에 의해 증착된 In-doped $Ge_2Sb_2Te_5$ 박막의 미세구조 분석

Abstract

상변화 메모리(PRAM)는 차세대 비휘발성 메모리 소자 중에서 가장 유망한 메모리이다. 특히, Ge-Sb-Te 3원계 합금이 비정질에서 결정질로의 매우 빠른 상전이 때문에 널리 이용되고 있다. 칼코게나이드 물질을 바탕으로 한 Ge-Sb-Te 물질 중에서도 $Ge_2Sb_2Te_5$(GST) 유사 2원계 합금이 집중적으로 연구되어졌다. 그러나 GST 는 셀간 열간섭과 관련된 낮은 결정화 온도와 높은 리셋 전류와 연관된 높은 녹는점의 문제점을 가지고 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 상변화 물질은 높은 결정화 온도와 낮은 녹는점을 가지는 것이 필요하다. 이번 연구의 목적은 In-doped $Ge_2Sb_2Te_5$ 박막의 미세구조와 결정화 거동에 대해 알아보는 것이다. 200nm 두께의 In-doped $Ge_2Sb_2Te_5$ 박막을 $Ge_2Sb_2Te_5$(99.99%) 타겟과 In(99.99%) 타겟을 사용하여 co-sputtering 방법으로 Si 기판위에 증착하였다. In-doped $Ge_2Sb_2Te_5$ 박막의 결정화 특성과 미세구조를 DSC, AES, X-ray diffraction, TEM 분석을 통하여 조사하였다. In 이 소량 그리고 과량 첨가된 $Ge_2Sb_2Te_5$ 박막에서의 결정화 온도는 각각 약 200℃, 310℃ 였다. In 이 첨가된 두 경우 모두 일반적인 $Ge_2Sb_2Te_5$ 박막과 비교했을 때 결정화 온도가 상승하였다. In 이 소량 첨가된 경우는 GST 박막과 비교했을 때 결정의 크기가 더 작았다. In 이 결정성장을 억제한다고 여겨진다. 420℃로 열처리한 In 이 소량 첨가된 GST 박막에서 FCC 와 hexagonal 구조의 결정이 동시에 관찰되었다. In 이 FCC 에서 hexagonal 로의 상전이 또한 방해한다고 생각한다. 420℃로 열처리한 In 이 과량 첨가된 GST 박막의 경우 박막의 모든 영역에 걸쳐 $In_2Te_3$ 상이 관찰되었다. In 이 과량 첨가된 GST 박막의 결정은 면결함을 가지고 성장하였으며, 420℃ 에서 520℃ 로 온도가 증가함에 따라 $In_2Te_3$ 의 면결함도 더 많아졌다. $In_2Te_3$ 상은 약 310℃에서 결정화 되었으며, 490℃에서 $In_2Te_3$ 와 InTe 로 상분리 되었다.