PRAM용 Cu-도핑된 Ge8Sb2Te11 박막의 특성

Abstract

최근 비휘발성 메모리 소자로 개발되고 있는 상변화메모리(PRAM)는 고 집적도에 유리하고, 제작 공정이 단순하며 빠른 동작 속도와 높은 재기록 횟수를 가지는 것으로 알려져 있다. PRAM에 사용되는 상변화 재료로서 다양한 칼코게나이드 물질이 연구되고 있으며, 그 중에서 가장 적합한 재료로 Ge2Sb2Te5, Ge8Sb2Te11 화합물이다. Ge2Sb2Te5는 비정질(Amorphous)-결정질1(FCC)-결정질2(HCP)의 3단계 변화를 일으키는 반면, Ge8Sb2Te11의 상변화는 비정질(Amorphous)-결정질(FCC)의 2단계의 변화를 거치게 된다. 이러한 상변화 단계는 결정화 속도에 영향을 미치며 Ge8Sb2Te11이 Ge2Sb2Te5 보다 빠른 결정화 속도를 가진다는 장점이 있다. 그러나 이 재료들은 상대적으로 긴 결정화 시간을 가지고 있고, 결정질에서 비정질로 상변화 하는데 필요한 쓰기 전류가 높다는 단점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서 칼코게나이드 화합물에 다양한 도펀트를 첨가하여 열 안정성을 향상시키며, 쓰기 전류를 감소하는 연구가 진행되고 있다. 본 연구에서는 PRAM에 응용되는 후보 물질인 Ge8Sb2Te11에 Cu를 도핑 하여 열 안정성 및 전기적, 광학적 특성을 평가하였다. 도핑물질인 Cu 조성별 시편은 스퍼터링 기법을 이용하여 실리콘 기판과 유리 기판에 박막으로 제작하였다. 각 시편의 결정질-비정질 상변화 특성 변화를 연구하기 위하여 열처리 조건에 따른 구조적 특성을 XRD로 분석하였다. Cu를 도핑한 Ge8Sb2Te11의 결정화 온도 변화는 비정질 상에서의 열 안정성 향상으로 해석될 수 있다. UV-Vis-IR spectrophotometer를 이용해 투과도 기반의 광학적 특성을 평가하였다. 마지막으로 4-point probe를 이용해 면저항(Sheet resistance, Rs) 값을 측정하고, 2 cm×2 cm의 단위 셀을 제작한 뒤 Source meter를 이용해 문턱 전압(Threshold voltage, Vth)을 측정하여 전기적 특성을 평가하였다.