Pulsed Laser Deposition법으로 증착한 Indium이 도핑 된 $Ge_2Sb_2Te_5$ 박막의 특성평가

Abstract

상변화 메모리는 차세대 메모리로서 가장 유력한 메모리 중의 하나로서 비정질 상태와 결정질 상태의 물리적인 특성 즉 저항의 차이를 이용하여 정보를 저장하는 것이다. 상변화 메모리는 간단한 구조, 비휘발성, 빠른 읽기/쓰기 속도, 저 전압 작동, 오랜 정보 저장 특성이라는 장점을 가지고 있다. 상변화 메모리에 사용되는 물질로는 주로 chacogenide가 주를 이루는데 이것은 주기율표상에서 Ⅵ족에 속하는 원소들인 S, Se, Te를 하나 이상 포함한 물질을 말한다. 그 중에서도 $Ge_2Sb_2Te_5$ 라는 물질이 가장 많이 연구가 되고 있다. 그러나 $Ge_2Sb_2Te_5$ 물질의 결정화온도가 낮다는 특성을 가지고 있어 상변화 메모리에 좋지 않은 영향을 미친다. 본 연구에서는 $Ge_2Sb_2Te_5$ 에 Indium을 도핑하여 그 특성에 대해 알아보고자 하였다. Indium이 도핑 된 $Ge_2Sb_2Te_5$ 박막은 Pulsed laser Deposition법을 이용하여 상온에서 $SiO_2/Si$ 기판위에 증착되었다. 좋은 표면상태와 비정질의 박막을 얻기 위해 타겟면과 기판을 수직으로 두는 off-axis법을 사용하였다. XRD 패턴에서 Indium이 4%이상 도핑된 $Ge_2Sb_2Te_5$ 박막의 결정화온도가 올라갔다는 것을 알 수가 있었다. Indium이 도핑된 $Ge_2Sb_2Te_5$ 박막에서의 fcc상이 $Ge_2Sb_2Te_5$ 박막에서 일어나는 fcc상에서 hcp상으로 상변화를 일으키는 온도 이상에서도 존재하는 것으로 보아 Indium이 준안정상인 fcc상을 안정화시킨다고 판단하였다. 또한 $Ge_2Sb_2Te_5$ 박막의 표면상태는 Indium 도핑에 의해서 개선되었다는 것을 알 수가 있었다. TEM분석 결과 Indium의 도핑량이 많아질수록 비정질의 양이 많고 결정성장을 억제하여 결정립의 크기가 작아진다는 것을 알 수 있었다. Indium이 도핑된 $Ge_2Sb_2Te_5$ 박막을 열처리함에 따라 상변화에 따른 저항의 변화를 보여준다. 그러나 $In_6(Ge_2Sb_2Te_5)_{94}$ 박막은 부피변화와 밀접한 연관이 있는 밀도 변화가 $In_4(Ge_2Sb_2Te_5)_{96}$ 박막보다 커서 상변화시에 안정성이 문제가 될 수 있기 때문에 $In_4(Ge_2Sb_2Te_5)_{96}$ 박막을 최적의 조건으로 선택하였다. DSC분석 결과 $In_4(Ge_2Sb_2Te_5)_{96}$ 박막은 $Ge_2Sb_2Te_5$ 박막에 비해 결정화에 대한 활성화에너지가 크다는 것을 알 수 있었다. 따라서 Indium이 4%도핑 된 $Ge_2Sb_2Te_5$ 박막에서 가장 좋은 특성을 보여주며 결정화 온도가 도핑이 되지 않은 $Ge_2Sb_2Te_5$ 박막보다 상승하였다는 것을 알 수가 있었다.