In the race toward higher data density, probe storage appears as one of the most serious alternatives to established technologies. As shown by the IBM Zurich group, this use of a simple atomic force microscope tip for data read write, offers the best perspective for future integration and scaling. However, the integration of an operational probe storage memory system remains a challenge. Indeed, primarily for mechanical reasons, the data rate offered by a single scanning probe stays intrinsically low. Hence, a successful probe memory implies the operation in parallel of a large number of tips (up to 10 000), to reach competitive data rates (reading and writing). Such a system also requires the design of suitable media allowing for reading and writing using a simple tip. Here, numerous schemes have been investigated, including a thermo-mechanical effect on a polymer layer, the breakdown of an insulating layer, the effect of an electrical field in a ferroelectric material, as well as electrical and thermal processes in phase-change media.
In this paper, we report here on an electrical probe storage mode that uses a phase change (PC) based medium (from the chalcogenide family, used in optical disks). Writing is achieved by local crystallization of the initially amorphous storage layer through Joule heating induced by a current injected from the probe across the media. Reading of the data is done by spreading resistance measurements that take advantage of the very large resistivity contrast between the amorphous and crystalline states of the PC material.
The chemical composition of deposited film is nominally $Ge_2Sb_2Te_5$, examined by induced-coupled plasma(ICP) spectroscopy. As-deposited film is amorphous. After heating to 170℃, the peak position identifies the FCC crystal structure with lattice parameter a≒5.99Å. It has also small RMS value, indication that the crystallization mechanism is nucleation dominant system. Heating the sample to 260℃ leads to the same diffraction pattern. But interestingly, increasing the annealing temperature leads to the reduction of the lattice constant a≒5.97Å. This result agree with the reduction of film thickness from the SEM results. Heating to 360℃ leads to transformation from FCC to HCP and increases RMS value, indicating grain growth(TEM).
The drop of resistivity on the GST films is shown by current images. The phase change recording area becomes larger and the slope of crystalline in the I-V curve is steeper as voltage and pulse width increases.
인터넷과 모바일 통신의 보급, 확산에 따른 정보통신 환경의 급속한 발달로 개인, 단체, 공공기관, 기업 등 사회 각 구성 주체들의 정보소비량이 비약적으로 증가하고 있다. 유, 무선 통신 네트워크를 통해 문자, 음성, 영상 정보를 포함한 멀티미디어 정보를 고속으로 전송, 수신할 수 있게 됨에 따라 이제 사용자는 시간과 장소에 비교적 구애받지 않고 자신이 원하는 정보를 실시간으로 제공받거나 활용하는 것이 가능해졌다.
PDA나 카메라폰과 같은 여러 가지 기능이 복합된 휴대용 기기가 등장함에 따라 향후에는 개인이 필요한 형태의 대용량 정보를 언제 어디서나 수집, 가공, 처리할 수 있는 휴대형 정보기기에 대한 수요가 급증할 것으로 예상되며 이에 따라 대용량 정보의 고속처리와 함께 전원이 없는 상태에서도 이를 안정적으로 저장, 보관할 수 있는 비휘발성의 저가격, 저전력형 메모리 개발에 대한 필요성이 증대되고 있다.
이와 더불어 일반 가전 및 사무용 정보기기 부문에서도 고화질 TV 방송, 영상메일, 원격의료용 화상처리, 전자도서관 등의 정보통신 시스템이 점차로 구축되면서 대용량의 실시간 정보를 반복적으로 기록, 재생할 수 있는 대용량 정보 저장 장치에 대한 요구 또한 한층 높아질 것이 분명해 보인다.
대용량 정보의 저장 매체로서 가장 빠르게 발전해온 것은 강자성체를 이용한 하드디스크이나 이러한 하드디스크는 그 저장 매체로써 강자성체를 이용하고 있다. 강자성체 물질의 경우 domain wall이 수십nm 정도로 크기 때문에, 메모리 밀도를 증가시키는데에 한계가 있을 것으로 예상되므로 하드디스크를 대체하기 위한 차세대 저장매체로써 탐침 정보저장 장치(Probe based data storage)가 제안되었다.
IBM Zurich group에서 AFM(Atomic Force Microscope) 탐침(tip)을 이용하여 기록, 재생하는 이 방법을 제시한 후 탐침으로 polymer에 열을 가해줌으로써 변형된 polymer의 표면형성으로 기록된 정보를 읽는 방법, 외부의 전기적 신호와 광신호에 의한 유기박막의 전기전도도 변화를 이용한 방법, 상변화 물질(Phase Change Media)에 광 또는 전기적 신호를 인가하여 상변화를 일으키는 방법 등이 연구되고 있다.
상변화 물질을 이용한 저장장치는 탐침에 전류(Current)를 흘려 발생한 줄열(Joule heating)을 초기 비정질 저장 박막에 가하여 지역적인 결정화를 일으켜 정보를 기록하고 이 때 발생하는 비정질과 결정질의 저항차이를 이용하여 정보를 읽어내는 방식을 취하고 있다.
현재 차세대의 대용량 정보 저장장치 및 메모리 분야에서 가장 각광받고 있는 것은 상변화를 이용한 칼코지나이드계(Chalcogenide) 재료이다. 칼코지나이드계 재료는 초기상태에 따른 열에너지의 인가조건에 따라 재료의 상태가 결정질(Crystalline)상에서 비정질(Amorphous)상으로 또는 비정질 상에서 결정질 상으로 가역적으로 변화하는 상변화 특성과 함께 이들 상간에 광학상수, 비저항 등 물리적 특성에서 두드러진 차이를 나타내는데 이들 특성을 정보의 기록, 소거, 재생에 이용한 것이 상변화 저장장치와 PRAM(Phase Change RAM)이다. 1970년에 R. G Neale, D. L. Nelson, Gordon E. Moore의 상변화 디바이스가 보고된 이후 많은 연구들이 진행되었지만 실용화 연구개발 최대의 기술적과제는 바로 상변화 재료의 용융을 수반하는 정보의 기록에 필요한 전류를 저감하는 것이다. 이의 해결을 위해서는 안정적 동작을 전제로 한 상변화 영역 크기의 감소, 상변화재료의 전기적, 열적 특성 개선 그리고 절연 및 전극재료의 열특성 개선을 포함한 소자구조의 연구개발이 중점적으로 이루어져야 할 것으로 사료된다.
본 연구에서는 DC 마그네트론 스퍼터링법으로 $Ge_2Sb_2Te_5$ 타겟으로부터 박막을 증착하고 XRD, SEM, TEM을 이용하여 온도에 따른 구조적인 변화를 분석하였으며 AFM을 사용하여 상변화를 일으키고 전기적인 특성(I-V characteristics)을 측정하였다.
