The silicon based semiconductor technology has developed since the transistor was invented in 1947 by Wiliam Shockley, John Bardeen and Walter Brattain. These days, all the desirable memory characteristics have the highest speed, lowest cost, lowest power, long cycle and non-volatility. Phase change random access memory (PCRAM) has been recognized as one of the candidates for the next generation nonvolatile electrical memory devices. Many phase change materials have been studied mainly tellurium or selenium based alloys. For example Ge-Te, Ge-Sb-Te, Ge-Te-Sn-O, Sn-Te-Se, In-Sb-Te, In-Se and Ag-In-Sb-Te.
Among them, a Ge-Sb-Te compound is promising material. But it has a high power consumption for the writing operation and wasn`t verified a switching characteristic of phase change. In the light of these points, an In-Sb-Te ternary system is the most promising material for a phase change memory.
The goal of this research is to investigate the crystallization behavior, crystal structure and microstructure in the In-Sb-Te phase-change material.
In-Sb-Te films with 100nm thickness were deposited on Si substrates by RF magnetron sputtering of $In_3SbTe_2$(99.99\%) targets. The crystallization characteristics and microstructure of In-Sb-Te were examined by DSC, AFM, X-ray diffraction, AES, TEM analysis.
The crystallization temperature of In-Sb-Te thin films is about 290℃ and melting temperature is 515℃.
It was found that In-Sb-Te thin films have many planar defect. For example twin, extrinsic stacking fault, intrinsic stacking fault. They play a role of the grain growth and phase transformation.
The first crystallized phase, InSb has $\{111\}$ facets and grows parallel to (111) plane because (111) plane have low surface energy.
When In-Sb-Te thin film was crystallized, phase separation occurs. So, if the phase change memory operates reading / writing, it make operating speed slow.
정보화, 통신화가 가속됨에 따라 다양한 형태의 쌍방향 소통형의 mobile 정보 통신 기기의 요구가 증대되고 이를 위해 더 많은 정보를 더욱 빠르게 처리할 수 있는 능력을 갖는 정보기기가 필수적으로 요구되고 있다. 이러한 요구를 충족시키기 위해서는 핵심 부품인 메모리 소자의 초고속화, 초고집적화, 초절전화가 관건이 되고 있다.
현재 메모리 시장의 주류를 이루고 있는 DRAM(Dynamic Random Access Memory)은 단위 소자가 1개의 트랜지스터(Transistor)와 1개의 커패시터(Capacitor)를 가지고 있는 간단한 구조롤 높은 집적도와 빠른 기록소도를 가지는 장점을 가지고 있다. 그러나 정보를 보존하기 위해서 일정한 주기로 전류/전압을 이용하여 다시 기록해 주어야 하며, 전원 차단시 소자에 기억된 정보가 유실된다는 단점을 가지고 있다. 반면, SRAM(Static Random Access Memory)는 동작속도가 매우 빠르고, DRAM과 달리 비휘발성이지만, 소자 당 6개의 트렌지스터를 필요로하기 때문에 셀 크기가 커진다는 단점을 가지고 있다. 이에 따라 고용량 정보저장이 가능한 초고집적의 비휘발성 메모리 소자의 핵심으로, 현재 사용화된 비휘발성 메모리의 주력기술은 Flash Memory이다. 그러나 이러한 Flash Memory는 쓰기 시간이 1㎲으로 길고, 고쳐 쓰기 회수도 10만~100만회 정도의 제한이 있다는 단점이 있다.
따라서 차세대 메모리 소자는 DRAM의 고집적성, SRAM의 빠른 동작 속도, Flash Memory 의 비휘발성 특징을 갖추어야 한다. 이러한 차세대 메모리 소자의 특징을 Figure 1-1에 도식적으로 나타내었다.
현재 개발되고 있는 차세대 메모리로는 PRAM(Phase Change Memory), NFGM(Nano Floating Gate Memory), ReRAM(Resistance RAM), PoRAM(Polymer RAM), MRAM(Magenetic RAM) 등이 있으며, 이 중 PRAM은 간단한 공정과 매우 우수한 on/off 특성으로 인해 가장 유망한 차세대 메모리이다.
2005년 ITRS(International Technology Roadmap for Semiconductor)에 따르면 메모리들은 기술으 성숙도에 따라 current baseline memories(DRAM, SRAM, NAND&NOR flash), prototypical memories (SONOS, FeRAM, MRAM, PCM), new emerging memories(NFGM, ETBM, FeFETM, IRCM, PoRAM, MoRAM)의 세 가지로 분류된다. 상변화메모리는 2005년 ITRS에서부터 기술의 성숙도를 인정받아 기존의 new emerging memory에서 prototypical memory로 재분류 받게 되었다. 이러한 차세대 메모리의 특징을 Table 1-1에 나나내었다.
본 연구에서는 상변화 물질인 In-Sb-Te 박막을 RF 마그네트론 스퍼터로 증착하고, 온도 변화에 따른 결정화 거동 및 미세구조 분석을 X-ray diffraction (XRD), Differential scanning calorimeter(DSC), Atomic force microscopy(AFM), Auger electron spectroscopy(AES), Transmission electron microscope(TEM)을 통하여 분석하였다.
