RU2610058C1 - Способ получения материала фазовой памяти - Google Patents
Способ получения материала фазовой памяти Download PDFInfo
- Publication number
- RU2610058C1 RU2610058C1 RU2015152018A RU2015152018A RU2610058C1 RU 2610058 C1 RU2610058 C1 RU 2610058C1 RU 2015152018 A RU2015152018 A RU 2015152018A RU 2015152018 A RU2015152018 A RU 2015152018A RU 2610058 C1 RU2610058 C1 RU 2610058C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- temperature
- phase memory
- hours
- ampoule
- synthesized
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Optical Record Carriers And Manufacture Thereof (AREA)
Abstract
Изобретение относится к получению халькогенидных ⋅полупроводниковых сплавов, используемых в устройствах энергонезависимой фазовой памяти. Предложен способ получения материала фазовой памяти, включающий измельчение и смешивание исходных компонентов, выбираемых из следующей пропорции:: 66,7 мол. % GeTe и 33,3 мол. % Sb2Te3, при этом в шихту добавляют олово (Sn) в количестве 0,5-3 мас. %, после чего подготовленную шихту помещают в кварцевую ампулу, которую затем откачивают до остаточного давления 10-5 мм рт.ст. и отпаивают, затем производят ступенчатый нагрев ампулы до температуры 500°C со скоростью 3-4°C в мин, выдерживают ампулу с материалом при температуре 500°C в течение 4-6 часов с последующим нагревом до температуры 750°C со скоростью 1-2°C в мин, при этом в процессе нагрева ампулу с материалом вращают вокруг своей меньшей оси со скоростью 1-2 оборота в минуту в течение 4 часов. Далее ампула остывает в выключенной печи с последующим отжигом синтезированного материала при температуре 500°C в течение 12 часов, после чего материал используется для получения материала фазовой памяти. Тонкие пленки материала фазовой памяти получали с помощью вакуум-термического испарения синтезированного материала. Во время осаждения тонких пленок остаточное давление в камере составляло 2⋅10-3 мм рт.ст., температура подложки не превышала 50°C, что позволяло получить тонкие пленки в аморфном состоянии. Изобретение обеспечивает получение материала фазовой памяти с увеличенным оптическим контрастом, что улучшает функциональные характеристики перезаписываемых оптических дисков. 2 ил.
Description
Изобретение относится к получению халькогенидных полупроводниковых сплавов, используемых в устройствах энергонезависимой фазовой памяти. Материалы фазовой памяти обладают способностью к быстрым и обратимым фазовым переходам между кристаллическим и аморфным состояниями, что используется в перезаписываемых оптических дисках.
Известно техническое решение по патенту РФ №2216054, кл. G11C 11/00, 2000 г., в котором используется материал памяти с фазовым переходом из состояния с высоким сопротивлением в состояние с низким сопротивлением, при этом материал с фазовым переходом содержит один или несколько элементов, выбранных из группы, состоящей из Те, Se, Ge, Sb, Bi, Pb, Sn, As, S, Si, P, О и их смесей или их сплавов. Однако в данном техническом решении нет конкретного способа получения материала фазовой памяти.
Многочисленные исследования показали, что перспективными материалами для устройств фазовой памяти последнего поколения являются халькогениды тройной системы Ge-Sb-Те, а именно соединения на линии квазибинарного разреза GeTe-Sb2Te3, применяемые в виде наноразмерных тонких пленок.
Известно техническое решение по патенту РФ №1208848, кл. С30В 11/06, 1984 г., в котором изложен способ получения полупроводникового соединения халькогенидов меди, включающий взаимодействие расплава металлических элементов, расположенных в одном конце, с парами халькогена, расположенного в другом конце, в запаянной вакуумированной кварцевой ампуле, при этом нагрев зон производят до разных температур, с последующими выдержкой и охлаждением в режиме выключенной печи. Однако данное техническое решение сложно в осуществлении из-за наличия разных зон нагрева.
Известно техническое решение по патенту РФ №2458190, кл. С30В 13/00, 2011 г., в котором описан способ получения халькогенида золота и серебра, включающий приготовление смеси из исходных компонентов, размещение ее в вакуумированной запаянной ампуле, нагревание с определенной скоростью, после чего расплав охлаждают также с определенной скоростью. Однако данный способ не пригоден для получения материала фазовой памяти, т.к. не содержит компонентов, требуемых для получения материала, используемого в устройствах фазовой памяти последнего поколения.
Известно техническое решение «Способ получения термоэлектрического материала на основе халькогенидов сурьмы и/или висмута» по патенту РФ №1651594, кл. С30В 13/00, 1989 г, в котором исходные материалы подвергают дополнительной очистке, а после взвешивания подготовленную шихту загружают в кварцевую ампулу с разными по объему частями. В ампуле создают вакуум, соответствующий давлению 10-3 Торр, запаивают ее и помещают во вращающуюся печь, затем нагревают, проводят синтез, после чего проводят закалку, быстро опуская ампулу в воду. При необходимости в состав шихты вводят легирующие вещества, например бромид висмута. Однако данный способ является сложным и не рациональным для получения материала фазовой памяти.
Наиболее близким техническим решением является «Способ получения термоэлектрического материала р-типа» по патенту №2470414, кл. H01L 35/34, 2011 г. Способ включает синтез твердого раствора путем сплавления взятых в стехиометрическом соотношении исходных компонентов в запаянной кварцевой ампуле, наполненной аргоном, нагрев ампулы, помещенной в качающуюся печь, при температуре, превышающей на 150°-200° температуру плавления твердого раствора халькогенидов висмута и сурьмы, последующее охлаждение расплава со скоростью 200-250°C/мин, последующее измельчение, спекание в вакууме и экструзию в стержни, дальнейший отжиг стержней при температуре 340-370°C в течение 1-5 суток. Однако данный способ является сложным по технологическому процессу и не приемлем для получения материала фазовой памяти, так как требует дополнительной очистки применяемого для синтеза аргона, что значительно удорожает и усложняет способ.
Технической задачей настоящего изобретения является разработка способа синтеза легированного халькогенидного полупроводника с улучшенным оптическим контрастом для использования в устройствах фазовой памяти последнего поколения, конкретно перезаписываемых оптических дисках.
Техническим результатом при использовании предложенного способа является получение материала фазовой памяти с увеличенным оптическим контрастом, что улучшает функциональные характеристики перезаписываемых оптических дисков.
Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе получения материала фазовой памяти, включающем измельчение и смешивание компонентов, взятых в стехиометрическом соотношении, синтез в вакуумированной кварцевой ампуле, характеризующимся тем, что в качестве исходных компонентов для синтеза используют бинарные соединения GeTe и Sb2Te3 в весовом отношении, соответствующем стехиометрическому соотношению соединения Ge2Sb2Te5, синтезируемом из Ge, Sb, Te полупроводниковой чистоты, выбираемых из следующей пропорции: 66,7 мол. % GeTe и 33,3 мол.% Sb2Te3, при этом в синтезируемый сплав добавляют олово (Sn) в количестве 0,5-3 мас.%, после чего подготовленную шихту помещают в кварцевую ампулу, которую затем откачивают до остаточного давления 10-5 мм рт.ст. и отпаивают, затем производят ступенчатый нагрев ампулы до температуры 500°C со скоростью 3°-4°C в мин, выдерживают ампулу при температуре 500°C в течение 4-6 часов, с последующим нагревом до температуры 750°C со скоростью 1°-2°C в мин, при этом в процессе нагрева ампулу с материалом вращают вокруг своей меньшей оси со скоростью 1-2 оборота в минуту в течение 4 часов, после чего происходит остывание ампулы в выключенной печи с последующим отжигом синтезированного материала при температуре 500°C в течение 12 часов, затем сплав используют для получения материала фазовой памяти, для чего сплав измельчают в порошок с размером зерен 30-50 мкм, после чего получают тонкие пленки материала фазовой памяти с помощью термического испарения в вакууме синтезированного материала, при этом во время осаждения тонких пленок остаточное давление в камере составляет 2⋅10-3 мм рт.ст., а температура подложки не превышает 50°C, что позволяет получать тонкие пленки в аморфном состоянии.
Сущность изобретения заключается в следующем.
Халькогенидные сплавы сложного состава широко используются в многочисленных устройствах микроэлектроники и оптоэлектроники, в том числе и тонкопленочные халькогениды системы Ge-Sb-Te, а именно соединения, лежащие на линии квазибинарного разреза GeTe-Sb2Te3. В связи с этим в качестве исходных материалов для синтеза Ge2Sb2Te5 используются соединения GeTe и Sb2Te3 в весовом отношении, соответствующем стехиометрическому соединению Ge2Sb2Te5. Исходные компоненты Ge, Sb, Те для синтеза выбирают полупроводниковой степени чистоты с содержанием основного вещества не менее 99,99 мас. %. Для синтеза выбирают 66,7 мол. % GeTe и 33,3 мол.% Sb2Te3, при этом в шихту добавляют олово в количестве 0,5-3 мас.%. Далее помещают шихту в кварцевую ампулу, вакуумируют до остаточного давления 10-5 мм рт.ст. и запаивают. Перед размещением шихты ампулу предварительно подвергают обработке с целью удаления посторонних примесей на стенках ампулы. Для отмывки ампулы применяют кальценированную соду, обработку царской водкой в течение 6-8 часов, после чего ампулу многократно промывают дистиллированной водой и сушат при температуре 200°C в сушильном шкафу. Запайка кварцевых ампул производится любым известным способом, например при помощи горелки с пропан-кислородным пламенем. Далее производят ступенчатый нагрев ампул до 500°C со скоростью 3-4°C/мин, что исключает разрушение ампул вследствие высокого давления паров халькогена. После этого ампулу выдерживают при температуре 500°C в течение 4-6 часов, а после выдержки температуру поднимают непрерывно до 750°C со скоростью 1-2°C/мин. Данная температура обеспечивает проведение химической реакции. В течение всего процесса температура контролируется платина-платинородиевой термопарой. Для обеспечения гомогенизации расплава проводят непрерывное вращение ампулы, причем вращение осуществляют вокруг меньшей оси ампулы со скоростью 1 -2 оборота в минуту в течение не менее 4 часов, в результате чего получают сплав высокой однородности. Далее производят остывание ампулы в выключенной печи, после чего на заключительной стадии производят отжиг синтезированного материала при температуре 500°C в течение 12 часов. После этого сплав измельчают в порошок с размером зерен 30-50 мкм. Тонкие пленки материала фазовой памяти получают с помощью термического испарения в вакууме синтезированного материала, при этом во время осаждения тонких пленок остаточное давление в камере составляет 2⋅10-3 мм рт.ст., а температура подложки не превышает 50°C, что позволяет получать тонкие пленки в аморфном состоянии.
Материал, полученный вышеописанным способом, был использован для получения тонких пленок, у которых были исследованы оптические характеристики. Было установлено, что увеличение оптического контраста составляет около 18% при длине волны λ=400 нм и 54% при длине волны λ=650 нм при использовании легированного материала фазовой памяти, полученного предложенным способом, по сравнению с нелегированным материалом. Для аморфных пленок, легированных оловом, показатель преломления увеличивается по сравнению с чистой аморфной пленкой GST225 (фиг. 1). Значения n варьируются в диапазоне 2,7-5,3. Максимальное значение n достигает 5,3 при λ=900 нм для случая легирования 3 мас. % олова (фиг. 1, кривая 4).
Введение олова приводится к увеличению коэффициента экстинкции k для аморфных пленок (фиг. 2). При значении длины волны λ~610 нм происходит инверсия поведения, т.е. в высокочастотной области k увеличивается с ростом концентрации олова, а в низкочастотной области он соответственно уменьшается. Наблюдается увеличение значения k при переходе из аморфной в кристаллическую фазу. Для случая легированных 0,5 и 1 мас. % Sn положения максимума значения k не изменилось по сравнению с чистой пленкой. Совокупность полученных данных указывает на высокую вероятность улучшения функциональных характеристик перезаписываемых оптических дисков при использовании описанного материала фазовой памяти.
Claims (1)
1. Способ получения материала фазовой памяти, включающий измельчение и смешивание компонентов, взятых в стехиометрическом соотношении, синтез в вакуумированной кварцевой ампуле, отличающийся тем, что в качестве исходных компонентов для синтеза используют бинарные соединения GeTe и Sb2Te3 в весовом отношении, соответствующем стехиометрическому соединению Ge2Sb2Te3, синтезируемых из Ge, Sb, Те полупроводниковой степени чистоты, взятых в следующей пропорции: 66,7 мол. % GeTe и 33,3 мол. % Sb2Te3, при этом в синтезируемый сплав добавляют олово (Sn) в количестве 0,5-3 мас. %, после чего подготовленную шихту помещают в кварцевую ампулу, которую затем откачивают до остаточного давления 10-5 мм рт.ст. и отпаивают, затем производят ступенчатый нагрев ампулы до температуры 500°С со скоростью 3-4°С в мин, выдерживают ампулу при температуре 500°С в течение 4-6 часов с последующим нагревом до температуры 750°С со скоростью 1-2°С в мин, при этом в процессе нагрева ампулу с материалом вращают вокруг своей меньшей оси со скоростью 1-2 оборота в минуту в течение 4 часов, после чего происходит остывание ампулы в выключенной печи с последующим отжигом синтезированного материала при температуре 500°С в течение 12 часов, затем сплав используют для получения материала фазовой памяти, для чего сплав измельчают в порошок с размером зерен 30-50 мкм, из которого в дальнейшем получают тонкие пленки материала фазовой памяти с помощью термического испарения в вакууме синтезированного материала, при этом во время осаждения тонких пленок остаточное давление в камере составляет 2⋅10-3 мм рт.ст., а температура подложки не превышает 50°С, что позволяет получать тонкие пленки в аморфном состоянии.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015152018A RU2610058C1 (ru) | 2015-12-04 | 2015-12-04 | Способ получения материала фазовой памяти |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015152018A RU2610058C1 (ru) | 2015-12-04 | 2015-12-04 | Способ получения материала фазовой памяти |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2610058C1 true RU2610058C1 (ru) | 2017-02-07 |
Family
ID=58457329
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015152018A RU2610058C1 (ru) | 2015-12-04 | 2015-12-04 | Способ получения материала фазовой памяти |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2610058C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115491648A (zh) * | 2022-10-25 | 2022-12-20 | 吉林大学 | 在固溶体材料中兼具多级反射状态和低相变压力的性能调控方法 |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2216054C2 (ru) * | 1999-04-12 | 2003-11-10 | Энерджи Конвершн Дивайсиз, Инк. | Универсальный элемент памяти с системами, использующими этот элемент, способ и устройство для считывания, записи и программирования универсального элемента памяти |
US20120171812A1 (en) * | 2010-07-27 | 2012-07-05 | Micron Technology, Inc. | Methods of forming germanium-antimony-tellurium materials and methods of forming a semiconductor device structure including the same |
RU2470414C1 (ru) * | 2011-06-28 | 2012-12-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА p-ТИПА НА ОСНОВЕ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ Bi2Te3-Sb2Te3 |
-
2015
- 2015-12-04 RU RU2015152018A patent/RU2610058C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2216054C2 (ru) * | 1999-04-12 | 2003-11-10 | Энерджи Конвершн Дивайсиз, Инк. | Универсальный элемент памяти с системами, использующими этот элемент, способ и устройство для считывания, записи и программирования универсального элемента памяти |
US20120171812A1 (en) * | 2010-07-27 | 2012-07-05 | Micron Technology, Inc. | Methods of forming germanium-antimony-tellurium materials and methods of forming a semiconductor device structure including the same |
US20140242748A1 (en) * | 2010-07-27 | 2014-08-28 | Micron Technology, Inc. | Methods of forming germanium-antimony-tellurium materials and chalcogenide materials |
RU2470414C1 (ru) * | 2011-06-28 | 2012-12-20 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ТЕРМОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО МАТЕРИАЛА p-ТИПА НА ОСНОВЕ ТВЕРДЫХ РАСТВОРОВ Bi2Te3-Sb2Te3 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115491648A (zh) * | 2022-10-25 | 2022-12-20 | 吉林大学 | 在固溶体材料中兼具多级反射状态和低相变压力的性能调控方法 |
CN115491648B (zh) * | 2022-10-25 | 2023-11-17 | 吉林大学 | 在固溶体材料中兼具多级反射状态和低相变压力的性能调控方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
TWI397944B (zh) | 半導體薄膜及其製造方法 | |
RU2295801C2 (ru) | Способ изготовления устройства для прямого термоэлектрического преобразования энергии | |
JP5067419B2 (ja) | 酸化亜鉛単結晶の製造方法 | |
KR20120101469A (ko) | 칼코게나이드 광전지 응용들에 대한 낮은 녹는점 스퍼터 타깃들 및 이들을 제조하는 방법들 | |
KR20080032043A (ko) | 동반 용융 화합물을 갖는 미립자의 고상 접합에 의해조절되는 조성을 갖는 칼코겐화물 pvd 타겟 | |
CN108015292B (zh) | 一种GeSbTe系合金粉末的制备方法 | |
KR100804882B1 (ko) | 칼코겐화 유리를 제조하는 방법 | |
Mohamed et al. | Effect of Ag addition on crystallization kinetics and thermal stability of As–Se chalcogenide glasses | |
RU2610058C1 (ru) | Способ получения материала фазовой памяти | |
AU2002224362A1 (en) | Glass reaction via liquid encapsulation | |
KR100606995B1 (ko) | 게르마늄 셀레나이드 유리 및 게르마늄 셀레나이드 유리화합물의 대규모 합성 방법 | |
US3228805A (en) | Method of producing homogeneous thermoelectric alloy slugs | |
Dimitrov et al. | Crystallization kinetics of SbxSe100− x thin films | |
FR2530866A1 (fr) | Nouveau dispositif semi-conducteur et procede pour sa preparation | |
JPS5938190B2 (ja) | Hg↓1−↓xCd↓xTeの結晶の製造方法 | |
FR2518984A1 (fr) | Substances phosphorees en chaine, leur preparation, leur emploi ainsi que les semi-conducteurs et autres dispositifs en faisant usage | |
US3933990A (en) | Synthesization method of ternary chalcogenides | |
WO2020013191A1 (ja) | 高純度カルコゲナイド材料及びその製造方法 | |
Piarristeguy et al. | Neutron thermodiffraction study of the crystallization of Ag–Ge–Se glasses: evidence of a new phase | |
Aliyev et al. | PHASE FORMATION IN THE AS2SE3-TL2S3 SYSTEM AND THE PHYSICO-CHEMICAL PROPERTIES OF THE OBTAINED PHASES | |
US20240292762A1 (en) | Phase change material | |
Stoilova et al. | Kinetics of Ge‐Se‐In Film Growth | |
US3258427A (en) | Silver and copper halide doped bi2te3-as2se3 thermoelectric material | |
JP2003243732A (ja) | 熱電材料、及び、熱電材料の製造方法並びに製造装置 | |
Borisova et al. | Glass Formation in Chalcogenide Systems and the Periodic System of Elements |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20171227 Effective date: 20171227 |
|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20190326 Effective date: 20190326 |