În cadrul proiectului au fost prevăzute studii pentru a caracteriza și a recomanda instalația pentru depunerea unor starturi subțiri în principal metalice dar, folosind descărcările în impulsuri de durate relativ scurte, sub circa 50 μs, va fi posibilă folosirea eficientă a instalației și pentru depunerea materialelor semiconductoare. Din clasa nouă de materile, de mare interes, cu proprietăți de semiconductor dar foare atractive pentru sistemele de memorare sunt calcogenurile. Dintre acestea, în proiect au fost luate în considerare GST-124 (Ge1Sb2Te4).
Calcogenidele reprezinta o clasa importantă a materialelor transparente în regiunea spectrala infraroșu, având aplicații în optică, electronică, optoelectronică (memorii nevolatile și elemente optice, senzori optici, circuite optice, rețele, ghiduri de unda, fibre, etc.) precum și în chimie, biologie, medicina, ecologie, inginerie si alte ramuri ale științei.
Filmele subțiri calcogenice sunt folosite în special pentru sisteme cu memorii (DRAM, SRAM) deoarece își pot modifica structura din stare amorfă în stare cristalină (starea cristalină se manifestă prin lipsa legăturii Te-Te din zona 150cm-1 observată prin spectroscopie Raman) și invers, atunci cand sunt supuse tratamentelor termice, pulsurilor laser și pulsurilor electrice (current sau tensiune). Prin aplicarea unui puls electric pe un film amorf GST-124, in funcție de puterea aplicată apar doua regiuni; când pulsurile au putere mică, rezistența electrică a stratului depus este de ordinul 10Mohm în stare amorfă și când pulsurile sunt mari, rezistența electrică este de ordinul 1kohm ca stare cristalină. Prin difracția de raze X, se constată trecerea filmului din stare amorfă în stare cristalină. Totodată, dat fiind faptul că filmele calcogenice se prezintă în aplicații în forma Si/SiO2/GST-124/electrod, adica o structură de multistrat, este necesar ca, în formă de film subțire suprafața ”utilă” trebuie sa fie cat mai neteda. De aceea, suprafețele filmelor obținute au fost investigate folosind microscopia de forta atomica.
În cele ce urmează sunt prezentate elementele reprezentative rezultate din studiul desfășurat pentru caracterizarea straturilor subțiri de calcogenuri, aceste straturi fiind depuse prin patru tehnici diferite: ablație laser, magnetron de radiofrecvență, magnetron pulsat standard cu un reverstime de 1% din durata pulsului (99% polarizare a țintei) și desigur magnetron pulsat de putere, obiectivul proiectului. În acest mod se poate pune în evidenția particularitățile sistemului propus prin acest proiect și avantajele pe care le prezintă.
Eșantioanele realizate au folosit ca și substrat pentru depuneri. siliciul și sticla. Pentru ca filmul de GST-124 sa fie depus în stare amorfă substratul nu trebuie sa fie încălzit, el trebuie menținut la temperatura incintei în care are loc descărcarea. Tehnica de depunere și parametrii descărcarii au fost stabiliți în funcție de modul de pulverizare și de tipul țintei. Astfel, a fost avută în vedere posibilitatea ca în cazul descărcării magnetron în regim de impuls de putere sa nu se distruga ținta. Ca urmare au fost stabilite condițiile astfel ca puterea medie aplicată pe țintă să fie între 30-50 Watt. S-a observat că în acest interval de putere descărcarea magnetron se menține stabilă.
Prima serie de experimentele a fost realizată folosind descărcarea magnetron de radiofrecvență (RF). Durata depunerii a fost de 15 minute. După prima depunere RF, rugozitatea filmului subțire a fost foarte mică. Urmatoarele depuneri au fost efectuate în descărcarea magnetron pulsat standard (99% durata polarizării șintei din durata pulsului) respectând aceleași condiții experimentale, astfel încât puterea medie să fie în intervalul 30-50 Watt. Și în aceste condiții s-a obținut o rugozitate foarte mica a filmului. Ultimele depuneri au fost efectuate în descărcarea magnetron HiPIMS, descărcare nouă, fiind primele depuneri de calcogenuri în această tehnologie. Pentru filmele obținute in cele trei tipuri de descărcări imaginele AFM sunt prezentate în figurile 17 de mai jos. Din imaginele AFM se observa ca in toate aceste trei tipuri de descărcări de tip magnetron suprafețele sunt foarte netede. Din imaginea prezentată în fig.17c rezultă un proces asemănător celui prezentat în cazul depunerii nichelului, fig. 15 c, unde apar formațiuni mari cu aspect aplatizat, foarte probabil datorită bombardamentului ionic mai intens decât în cazul celorlalte metode folosite și utilizate în depunerea calcogenurilor. Se poate observa ca in cazul magnetronului HiPIMS pe suprafata filmlui nu apar zone neregulate iar apariția dropleților este diminuată.
 |
|
 |
|
 |
| Fig. 17.a) |
|
Fig.17.b) |
|
Fig.17.c) |
| Imaginea AFM a unui film de GeSb2Te4 depus pe substrat de Si prin rf magnetron. Parametrii descarcarii sunt P=40Watt si p=5mbar Ar. Rugozitatea filmului este 2nm. |
|
Imaginea AFM a unui film de GeSb2Te4 depus pe substrat de Si prin magnetron pulsat (99% puls). Parametrii descarcarii sunt P=40Watt si p=5mbar Ar. Rugozitatea filmului este 1.5nm. |
|
Imaginea AFM a unui film de GeSb2Te4 depus pe substrat de Si prin HiPIMS magnetron. Parametrii descarcarii sunt P=40Watt si p=5mbar Ar. Rugozitatea filmului este 7nm. |
Pentru aplicații tehnologice este necesar ca toate depunerile de tip GST-124 să fie depuse în structură amorfă. De aceea au fost efectuate masuratori de XRD pentru a evidenția structura depunerii de tip amorf sau cristalin. Ca urmare în figura 18 sunt prezentate spectrele XRD ale filmelor de GeSb2Te4 depuse pe substrat de Si in rf magnetron (partea de sus) si respectiv în descarcare magnetron pulsat (99% puls) partea de jos pentru puteri medii de 40 W în plasma de argon la o presiune de 5 mTorr. In ambele spectre este eviențiată structura amorfă in regiunea 2q = 30. Aceasta prezență este de asteptat in astfel de descarcari si este tipica celei prezentate in literatura de specialitate. În comparație, în figura 19 este prezentat spectrul XRD pentru filmul de GST-124 realizat în descărcarea magnetron HiPIMS.
 |
| Figura 18. Spectrele XRD ale filmelor de GeSb2Te4 depuse pe substrat de Si in rf magnetron (partea de sus) si in descarcare magnetron pulsat (99% puls) partea de jos. In ambele spectre este evidentiata structura amorfa in regiunea 2q = 30. Parametrii descarcarilor sunt Pmedie=40Watt si p=5mbar Ar. |
 |
| Figura 19. Spectrul XRD al filmelor depuse cu GeSbTe pe substrat de Si (negru) si cel depus pe un substrat de GeSbTe/Ni/Si. Parametrii descarcarii sunt: P = 40Watt, p = 5mbarr. |
BACK