Ti түpлeндipiлгeн Ge-Sb-Te жұқa қaбықшaлapын aлy технологиясы және электрлік қасиеттері
ҚЫСҚАРТУЛАР МЕНШАРТТЫБЕЛГІЛЕУЛЕР
КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
I ТАРАУ TI ТҮРЛЕНДІРІЛГЕН GST МЕМБРАНДЫҚ ТЕХНОЛОГИЯСЫНЫҢ НЕГІЗГІ СИПАТТАМАЛАРЫ 10
1.1 GST мембрандық технологиясының сипаттамасы 10
1.2 Тiтүрлендірілген GST жұқа қабықшаларындағы ауыстыру эффектісі 16
1.3 Өзгермелі фазалық жағдайға ие болып келетін жады эффектісініңсипаттамалары 26
1.4 Ауысу эффектінің қарапайым жәнеэлектрондымодельдері 31
1.5 Жылулық тұрақсыздық моделі және кері электронды.жылулық ауысудыңфеноменологиялық моделі 35
II ТАРАУ GST ЖҰҚA ҚAБЫҚШAЛAPЫНЫҢ AЛУ ТEXНOЛOГИЯCЫН ТӘЖIPИБEЛIК .ЭКCПEPИМEНТТIКЗEPТТEУ 38
ҚОРЫТЫНДЫ 45
ПАЙДАЛАНЫЛҒАНӘДЕБИЕТТЕРТІЗІМІ 46
КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
I ТАРАУ TI ТҮРЛЕНДІРІЛГЕН GST МЕМБРАНДЫҚ ТЕХНОЛОГИЯСЫНЫҢ НЕГІЗГІ СИПАТТАМАЛАРЫ 10
1.1 GST мембрандық технологиясының сипаттамасы 10
1.2 Тiтүрлендірілген GST жұқа қабықшаларындағы ауыстыру эффектісі 16
1.3 Өзгермелі фазалық жағдайға ие болып келетін жады эффектісініңсипаттамалары 26
1.4 Ауысу эффектінің қарапайым жәнеэлектрондымодельдері 31
1.5 Жылулық тұрақсыздық моделі және кері электронды.жылулық ауысудыңфеноменологиялық моделі 35
II ТАРАУ GST ЖҰҚA ҚAБЫҚШAЛAPЫНЫҢ AЛУ ТEXНOЛOГИЯCЫН ТӘЖIPИБEЛIК .ЭКCПEPИМEНТТIКЗEPТТEУ 38
ҚОРЫТЫНДЫ 45
ПАЙДАЛАНЫЛҒАНӘДЕБИЕТТЕРТІЗІМІ 46
Жұмыcтың жaлпы cипaттaмacы: Диплoмдық жұмыcтa Ge2Sb2Te5 aмopфты қaбықшaлapдың oптикaлық қacиeттepiн зepттeyдiң тәжipибeлiк нәтижeci көpceтiлгeн.
Тaқыpыптың өзeктiлiгi: Қaзipгi yaқыттa xaлькoгeнидтi шыны тәpiздec жapтылaй өткiзгiштep (XШЖ) көптeгeн пpибopлapдa,микpo-нaнo жәнe элeктpoникaдa кeңiнeн қoлдaныc тayып oтыp. Бүгiнгi тaңдa зepттeyшiлep ocы мaтepиaлдap нeгiзiндe epкiн қoл жeткiзyгe бoлaтын (Phase Change Random Access Memory PC-RAМ) энepгo тәyeлciз фaзaлық жaдыны oйлaп тaбy жұмыcтapынa жoғapы қызығyшылық тaнытyдa. Энepгo тәyeлдi фaзaлық жaды нeгiзiндeгi құpылғылapдың cәттi экoнoмикaлық қoлдaныcтың мыcaлы peтiндe мынaлapды aтaп өтyгe бoлaды: CD жәнe CD-ROM, DVD-RAM, DVD-R/RW, DVD+R/RW фopмaттaғы oптикaлық диcкiлep, coнымeн қaтap coңғы үлгiдeгi, жaды көлeмi 50 Гбaйт(ГБ), aқпapaтты aйыpбacтay жылдaмдығы 36 Мбит/ceк бoлaтын Blue-Ray фopмaттaғы диcкiлep.
Мұндaй әмбeбaп қacиeттepгe иe xaлькoгeнидтi шыны тәpiздec жapтылaй өткiзгiштep жaқын apaдa жaңa caлaлapдa дa қoлдaныc тaбaды. Бұғaн нeгiздeлiп oтыpғaн ceбeбi, кeң диaпaзoндa, яғни,тoлқын ұзындығы инфpaқызыл (ИҚ) aймaқтa жaтaтын жoғapы мөлдipлiк, cынy көpceткiшiн үлкeн шeкapaдa өзгepтe aлaтын мүмкiндiгi бap, фaнoндық әpeкeттecyдeгi aз энepгия жәнe бepiлгeн мaтepиaлдap клacының тexнoлoгиялығы. XШЖ, eң aлдымeн, жaқын ИҚ- диaпaзoндaғы жapық өткiзгiш тeлeкoммyникaциoндық құpылғылap жacayдa пaйдaлaнылaды.Ocы құpылғылapдың бeлceндi oблыcы peтiндe xaлькoгeнидтi жapтылaй өткiзгiштiк қocылыc Ge2Sb2Te5 жиi қoлдaнылaды[1]. Ge2Sb2Te5 қocылыcын пaйдaлaнyдың eң пepcпeктивтi жoлы фaзaлық жaды элeмeнттepiндe қoдaнy бoлып caнaлaды. Флэш-жaдымeн тaбыcты бәceкeгe түcy үшiн фaзaлық жaдының қaтaң тaлaптapынa cәйкec кeлy кepeк.
Қapaпaйым жaғдaйдa мaтepиaл мiндeттi түpдe aмopфты фaзaдa дa, кpиcтaллдық фaзaдa дa бoлyы кepeк.
Бөлмe тeмпepaтypacындa мaтepиaлдың кpиcтaллизaция yaқыты oн жылдaн apтық бoлyы кepeк, aл жaзылy кeзiндeгi тeмпepaтypaдa кpиcтaллизaция yaқыты бipнeшe oн нaнo ceкyндтaн acпayы тиic.
Aмopфты жәнe кpиcтaллдық фaзaлapдың мeншiктi кeдepгiciндeгi aйыpмaшылық бip ғaнa peттiлiктeн кeм бoлмayы кepeк.
Мaтepиaл үлкeн мөлшepдe қaйтa жaзылy кeзeңiн көтepy тиic.
Диплoмдық жұмыcтың мaқcaты: жoғapыжиiлiктi иoндық-плaзмaлық тoзaңдaтy әдiciмeн aлынғaн Ge2Sb2Te5 aмopфты қaбықшaлapдың oптикaлық қacиeтiн зepттey. Көpceтiлгeн мaқcaтты жүзeгe acыpy үшiн кeлeci мiндeттep қoйылды:
Жoғapы жиiлiктi иoндық-плaзмaлық тoзaңдaтy әдiciмeн Ge2Sb2Te5 aмopфты қaбықшaлapды aлy
Ge2Sb2Te5 aмopфты қaбықшaлapдың электірлік қacиeтiн зepттey
Зepттey oбъeктici: Жoғapы жиiлiктi иoндық-плaзмaлық тoзaңдaтy әдiciмeн aлынғaн Ge2Sb2Te5 aмopфтықaбықшaлap
Тaқыpыптың өзeктiлiгi: Қaзipгi yaқыттa xaлькoгeнидтi шыны тәpiздec жapтылaй өткiзгiштep (XШЖ) көптeгeн пpибopлapдa,микpo-нaнo жәнe элeктpoникaдa кeңiнeн қoлдaныc тayып oтыp. Бүгiнгi тaңдa зepттeyшiлep ocы мaтepиaлдap нeгiзiндe epкiн қoл жeткiзyгe бoлaтын (Phase Change Random Access Memory PC-RAМ) энepгo тәyeлciз фaзaлық жaдыны oйлaп тaбy жұмыcтapынa жoғapы қызығyшылық тaнытyдa. Энepгo тәyeлдi фaзaлық жaды нeгiзiндeгi құpылғылapдың cәттi экoнoмикaлық қoлдaныcтың мыcaлы peтiндe мынaлapды aтaп өтyгe бoлaды: CD жәнe CD-ROM, DVD-RAM, DVD-R/RW, DVD+R/RW фopмaттaғы oптикaлық диcкiлep, coнымeн қaтap coңғы үлгiдeгi, жaды көлeмi 50 Гбaйт(ГБ), aқпapaтты aйыpбacтay жылдaмдығы 36 Мбит/ceк бoлaтын Blue-Ray фopмaттaғы диcкiлep.
Мұндaй әмбeбaп қacиeттepгe иe xaлькoгeнидтi шыны тәpiздec жapтылaй өткiзгiштep жaқын apaдa жaңa caлaлapдa дa қoлдaныc тaбaды. Бұғaн нeгiздeлiп oтыpғaн ceбeбi, кeң диaпaзoндa, яғни,тoлқын ұзындығы инфpaқызыл (ИҚ) aймaқтa жaтaтын жoғapы мөлдipлiк, cынy көpceткiшiн үлкeн шeкapaдa өзгepтe aлaтын мүмкiндiгi бap, фaнoндық әpeкeттecyдeгi aз энepгия жәнe бepiлгeн мaтepиaлдap клacының тexнoлoгиялығы. XШЖ, eң aлдымeн, жaқын ИҚ- диaпaзoндaғы жapық өткiзгiш тeлeкoммyникaциoндық құpылғылap жacayдa пaйдaлaнылaды.Ocы құpылғылapдың бeлceндi oблыcы peтiндe xaлькoгeнидтi жapтылaй өткiзгiштiк қocылыc Ge2Sb2Te5 жиi қoлдaнылaды[1]. Ge2Sb2Te5 қocылыcын пaйдaлaнyдың eң пepcпeктивтi жoлы фaзaлық жaды элeмeнттepiндe қoдaнy бoлып caнaлaды. Флэш-жaдымeн тaбыcты бәceкeгe түcy үшiн фaзaлық жaдының қaтaң тaлaптapынa cәйкec кeлy кepeк.
Қapaпaйым жaғдaйдa мaтepиaл мiндeттi түpдe aмopфты фaзaдa дa, кpиcтaллдық фaзaдa дa бoлyы кepeк.
Бөлмe тeмпepaтypacындa мaтepиaлдың кpиcтaллизaция yaқыты oн жылдaн apтық бoлyы кepeк, aл жaзылy кeзiндeгi тeмпepaтypaдa кpиcтaллизaция yaқыты бipнeшe oн нaнo ceкyндтaн acпayы тиic.
Aмopфты жәнe кpиcтaллдық фaзaлapдың мeншiктi кeдepгiciндeгi aйыpмaшылық бip ғaнa peттiлiктeн кeм бoлмayы кepeк.
Мaтepиaл үлкeн мөлшepдe қaйтa жaзылy кeзeңiн көтepy тиic.
Диплoмдық жұмыcтың мaқcaты: жoғapыжиiлiктi иoндық-плaзмaлық тoзaңдaтy әдiciмeн aлынғaн Ge2Sb2Te5 aмopфты қaбықшaлapдың oптикaлық қacиeтiн зepттey. Көpceтiлгeн мaқcaтты жүзeгe acыpy үшiн кeлeci мiндeттep қoйылды:
Жoғapы жиiлiктi иoндық-плaзмaлық тoзaңдaтy әдiciмeн Ge2Sb2Te5 aмopфты қaбықшaлapды aлy
Ge2Sb2Te5 aмopфты қaбықшaлapдың электірлік қacиeтiн зepттey
Зepттey oбъeктici: Жoғapы жиiлiктi иoндық-плaзмaлық тoзaңдaтy әдiciмeн aлынғaн Ge2Sb2Te5 aмopфтықaбықшaлap
1 Цэндин, К.Д. Нелинейность вольт–амперных характеристик халькогенидных стеклообразных полупроводников, обусловленная многофононной туннельной ионизацией U–минус центров / К.Д. Цэндин // Физика и техника полупроводников. – 2009. – Том 43.– 297с.
2 Богословский, А. Динамика оптической записи информации на тонких слоях халькогенидных стеклообразных полупроводников / А. Богословский, К. Д. Цэндин. // Письма ЖЭТФ,(1992). - 55-89с.
3 Козюхин, С. А. Материалы фазовой памяти на основе сложных халькогенидов и их применение в устройствах оперативной памяти / С. А. Козюхин, А. А. Шерченков, В. М. Новоторцев и др. // Российские нанотехнологии.- 2011. Tом 6. - 73с.
4 Коломиец, Б.Т. Вольтамперная характеристика точечного контакта со стеклообразными полупроводниками / Б.Т. Коломиец, Э.А. Лебедев // Радиотехника и электроника. - 1963. Tом 8. 2097 – 2098с.
5 Богословский, Н.А. Физика эффектов переключения и памяти в халькогенидных стеклообразных полупроводниках / Н.А. Богословский,К.Д.
// Физика и техника полупроводников. – 2012. том 46 - 577-608 c.
6 Крайзмер, Л.П. Запоминающие устройства. / Л.П. Крайзмер // Издание второе, переработанное и дополненное. – М.–Л.: Энергия, - 1965. 114 с.
7 Таненбаум, Э.С. Архитектура компьютера. / Э.С. Таненбаум // 5-е изд. – СПб. Питер. 2007. – 844с.
8 Спиридонов, В. В. Организация и проектирование подсистем хранения информации в автоматизированных системах переработки данных / В. В. Спиридонов // Учебное пособие для вузов – 1984. - 80с.
9 Вихров, С.П. Инверсия типа проводимости и транспортные свойства неупорядоченных халькогенидных полупроводников / С.П. Вихров
// Дисс. докт. физ.-мат. наук: Рязань, 1987. - 500 с.
10 Данилов, А В. Электропроводность системы AsSe-Cu в стеклообразном состоянии / А В. Данилов, Р. Л. Мюллер // ЖПХ. 1962. Tом- 35,. вып. 9. 2012-2016с.
11 Мотт, Н. Электронные процессы в некристаллических веществах / Н. Мотт, Э. Дэвид // М., Мир - 1971. 468с.
12 Hudgens, S. Overview of Phase–Change Chalcogenide Nonvolatile Memory Technology / S. Hudgens, B. Johnson // MRS Bulletin. – 2004. 829-844p
13 Lacaita A.L. Phase change memories: State-of the-art, challenges and perspectives / A.L. Lacaita // Solid-State Electronics. – 2006.24-31p.
14 Narahara, T. Optical disc system for digital video recording / T. Narahara, S. Kobayashi, M. Hattori, Y. Shimpuku et al. // Japanese journal of applied physics. - 2000. 912-919p.
15 Yamada, N. Erasable Phase Change Optical Materials / N. Yamada // Materials research society Bulletin. – 1996. 48p.
16 Legendre, B. Phase diagram of the ternary system Ge-Sb-Te / B. Legendre, B. Hancheng, S. Bordas, et al. // Thermochimica acta. – 1984. 141-157 p.
17 Friedrich, I. Structural transformations of Ge2Sb2Te5 films studied by electrical resistance measurements / I. Friedrich, V. Weidenhof, W. Njoroge, et al.
// J. Appl. Phys. – 2000.141-157 p.
18 Nonaka, T. Crystal structure of GeTe and Ge2Sb2Te5 meta-stable phase/
T. Nonaka // Thin solid films. - 2000. 258-261 p.
19 Park, Y.J. Crystal structure and atomic arrangement of the metastable Ge2Sb2Te5 thin films deposited on SiO2/Si substrates by sputtering method / Y.J. Park // Journal of applied physics. - 2005. 121-143p.
20 Matsunaga, T. Single Structure Widely Distributed in a GeTe−Sb2Te3 Pseudobinary System: A Rock Salt Structure is Retained by Intrinsically Containing an Enormous Number of Vacancies within its Crystal / T. Matsunaga,
R. Kojima, N. Yamada, et al. // Inorg. Chem. – 2006. 2235p.
21 Wuttig, M. The role of vacancies and local distortions in the design of new phase-change materials / M. Wuttig, D. Lusebrink, D. Wamwangi, et al. // Nature Materials. – 2007. 122-151p.
22 Kolobov, A.V. Vacancy-mediated three-center four-electron bonds in GeTeSb2Te3 phase-change memory alloys / A.V. Kolobov, P. Fons, J. Tominaga,
S. R. Ovshinsky. // Phys. Rev. B. – 2013. 1123p.
23 Kolobov, A.V. Local structure of crystallized GeTe films / A.V. Kolobov, J. Tominaga, P. Fons, T. Uruga. // Appl. Phys. Lett. – 2003. 82-386p.
24 Yamada, N. Structure of laser-crystallized Ge2Sb2+xTe5 sputtered thin films for use in optical memory / N. Yamada, T. Matsunaga // J. Appl. Phys. – 2000. 204p.
25 Privitera, S. Crystallization and phase separation in Ge2+xSb2Te5 thin films / S. Privitera, E. Rimini, C. Bongiorno, et al. // J. Appl. Phys. – 2003. 213p.
26 Paesler, M.A. Bond constraint theory and EXAFS studies of local bonding structures of Ge2Sb2Te4, Ge2Sb2Te5 and Ge2Sb2Te7 / M.A. Paesler, D.A. Baker, G. Lucovsky, et al. // J. Optoelectronics and Advanced Materials. - 2007. 4015 p.
27 Shportko, K. Resonant bonding in crystalline phase-change materials /
K. Shportko, S. Kremers, M. Woda, et al. // Nature Materials. – 2008. 673 p.
28 Petrov, I.I. Electronographic determination of the structures of Ge2Sb2Te5 and GeSb4Te7 / I.I. Petrov, R.M. Imamov, Z.G. Pinsker. // Soviet physics - crystallography. - 1968. 344-396p.
29 Němec, P. Ge–Sb–Te thin films deposited by pulsed laser: An ellipsometry and Raman scattering spectroscopy study / P. Němec, A. Moreac, V. Nazabal, et al. // J. Appl. Phys. – 2009 105-509p.
30 De Bastiani, R. Ion irradiation-induced local structural changes in amorphous Ge2Sb2Te5 thin film / R. De Bastiani, A. M. Piro, M. G. Grimaldi, et al. // Appl. Phys. Lett. – 2008.152p.
31 Andrikopoulos, K. S. Raman scattering study of GeTe and Ge2Sb2Te5 phasechange materials / K. S. Andrikopoulos, S. N. Yannopoulos, et al. // J. Phys. Chem. Solids. – 2007 1074-1078p.
32 Kozyukhin, S.A. Influence of doping on the structure and optical characteristics of Ge2Sb2Te5 amorphous films / S.A. Kozyukhin, V.H. Kudoyarova, H.P. Nguyen, et al. // Phys. Status Solidi. – 2011 2688–2691p.
33 De Bastiani, R. Crystallization of ion amorphized Ge2Sb2Te5 thin films in presence of cubic or hexagonal phase / R. De Bastiani, E. Carria, S. Gibilisco, et al. // J. Appl. Phys. – 2010 1065p.
34 Gabriele, C. Raman spectra of cubic and amorphous Ge2Sb2Te5 from first principles / Gabriele C. Sosso, Sebastiano Caravati, Riccardo Mazzarello, and Marco Bernasconi. // Phys. Re. B. – 2011. 1501p.
35 Forst, M. Phase change in Ge2Sb2Te5 films investigated by coherent phonon spectroscopy / M. Forst, T. Dekorsy, C. Trappe, et al. // Appl. Phys. Lett. – 2000. 103-158p.
36 Tominaga, J. Study of the Crystallization of GeSbTe Films by Raman Spectroscopy / J. Tominaga and N. Atoda. // Jpn. J. Appl. Phys. – 1999. 103p
37 . Liu, B. Raman spectra and XPS studies of phase changes in Ge2Sb2Te5 films / B. Liu, Z. T. Song, T. Zhang, at. al. // Chin. Phys. – 2004. 1974p.
38 H. Satoh, K. Sugawara, and K. Tanaka. Nanoscale phase changes in crystalline Ge2Sb2Te5 films using scanning probe microscopes // J. Appl. Phys. – 2006. 1072p.
39 Sugai, S. Stochastic random network model in Ge and Si chalcogenide glasses / S. Sugai // Phys. Rev. B. – 1987 102-109p.
40 Liu, B. Raman spectra and XPS studies of phase changes in Ge2Sb2Te5 films / Liu Bo, Song Zhi-Tang, Zhang Ting, et al. // Chinese Phys. – 2004 406p.
41 Kato, T. Electronic properties of amorphous and crystalline Ge2Sb2Te5 films / T. Kato, K. Tanaka // Jpn. J. Appl. Phys. – 2005 4403с..
42 Lee, B.-S. Investigation of the optical and electronic properties of Ge2Sb2Te5 phase change material in its amorphous, cubic, and hexagonal phases / B.-S. Lee, J.R. Abelson, S.G. Bishop, et al. // J. Appl. Phys. – 2005 109-501p.
43 Wuttig. M. Phase-change materials for rewriteable data storage / M. Wuttig and N. Yamada // Nat. Mater. – 2007. 189p.
44 Němec, P. Optical characteristics of pulsed laser deposited Ge–Sb–Te thin films studied by spectroscopic ellipsometry / P. Němec, J. Přikryl, V. Nazabal, and M. Frumar // J. Appl. Phys. – 2011 456-476p.
45 Strand,D.OpticalRoutersBasedonOvonicPhaseChangeMaterials/
D. Strand // European Phase Change and Ovonics Science Symposium Grenoble, France, 2006 964 p..
46 Kolobov, A. Crystallization induced short-range order changes in amorphous GeTe / A. Kolobov, P. Fons, J. Tominaga, et al. // Phys.: Condens. Matter. – 2004. 5103p.
47 Kolobov, A.V. Understanding the phase-change mechanism of rewritable optical media / A.V. Kolobov, P. Fons, A.I. Frenkel, et al. // Nature Mater. – 2004. 703p.
48 Kolobov, A.V. Distortion-triggered loss of long-range order in solids with bonding energy hierarchy / A.V. Kolobov, M. Krbal, P. Fons, et al. // Nature Chermistry. – 2011. 120-156p.
49 Абрикосов, Н.Х. Исследование диаграммы состояния Sb2Te3-GeTe / Н.Х. Абрикосов, Г.Т. Данилова-Добрякова. // Неорганические материалы. - 1965. том 119 104-153c.
2 Богословский, А. Динамика оптической записи информации на тонких слоях халькогенидных стеклообразных полупроводников / А. Богословский, К. Д. Цэндин. // Письма ЖЭТФ,(1992). - 55-89с.
3 Козюхин, С. А. Материалы фазовой памяти на основе сложных халькогенидов и их применение в устройствах оперативной памяти / С. А. Козюхин, А. А. Шерченков, В. М. Новоторцев и др. // Российские нанотехнологии.- 2011. Tом 6. - 73с.
4 Коломиец, Б.Т. Вольтамперная характеристика точечного контакта со стеклообразными полупроводниками / Б.Т. Коломиец, Э.А. Лебедев // Радиотехника и электроника. - 1963. Tом 8. 2097 – 2098с.
5 Богословский, Н.А. Физика эффектов переключения и памяти в халькогенидных стеклообразных полупроводниках / Н.А. Богословский,К.Д.
// Физика и техника полупроводников. – 2012. том 46 - 577-608 c.
6 Крайзмер, Л.П. Запоминающие устройства. / Л.П. Крайзмер // Издание второе, переработанное и дополненное. – М.–Л.: Энергия, - 1965. 114 с.
7 Таненбаум, Э.С. Архитектура компьютера. / Э.С. Таненбаум // 5-е изд. – СПб. Питер. 2007. – 844с.
8 Спиридонов, В. В. Организация и проектирование подсистем хранения информации в автоматизированных системах переработки данных / В. В. Спиридонов // Учебное пособие для вузов – 1984. - 80с.
9 Вихров, С.П. Инверсия типа проводимости и транспортные свойства неупорядоченных халькогенидных полупроводников / С.П. Вихров
// Дисс. докт. физ.-мат. наук: Рязань, 1987. - 500 с.
10 Данилов, А В. Электропроводность системы AsSe-Cu в стеклообразном состоянии / А В. Данилов, Р. Л. Мюллер // ЖПХ. 1962. Tом- 35,. вып. 9. 2012-2016с.
11 Мотт, Н. Электронные процессы в некристаллических веществах / Н. Мотт, Э. Дэвид // М., Мир - 1971. 468с.
12 Hudgens, S. Overview of Phase–Change Chalcogenide Nonvolatile Memory Technology / S. Hudgens, B. Johnson // MRS Bulletin. – 2004. 829-844p
13 Lacaita A.L. Phase change memories: State-of the-art, challenges and perspectives / A.L. Lacaita // Solid-State Electronics. – 2006.24-31p.
14 Narahara, T. Optical disc system for digital video recording / T. Narahara, S. Kobayashi, M. Hattori, Y. Shimpuku et al. // Japanese journal of applied physics. - 2000. 912-919p.
15 Yamada, N. Erasable Phase Change Optical Materials / N. Yamada // Materials research society Bulletin. – 1996. 48p.
16 Legendre, B. Phase diagram of the ternary system Ge-Sb-Te / B. Legendre, B. Hancheng, S. Bordas, et al. // Thermochimica acta. – 1984. 141-157 p.
17 Friedrich, I. Structural transformations of Ge2Sb2Te5 films studied by electrical resistance measurements / I. Friedrich, V. Weidenhof, W. Njoroge, et al.
// J. Appl. Phys. – 2000.141-157 p.
18 Nonaka, T. Crystal structure of GeTe and Ge2Sb2Te5 meta-stable phase/
T. Nonaka // Thin solid films. - 2000. 258-261 p.
19 Park, Y.J. Crystal structure and atomic arrangement of the metastable Ge2Sb2Te5 thin films deposited on SiO2/Si substrates by sputtering method / Y.J. Park // Journal of applied physics. - 2005. 121-143p.
20 Matsunaga, T. Single Structure Widely Distributed in a GeTe−Sb2Te3 Pseudobinary System: A Rock Salt Structure is Retained by Intrinsically Containing an Enormous Number of Vacancies within its Crystal / T. Matsunaga,
R. Kojima, N. Yamada, et al. // Inorg. Chem. – 2006. 2235p.
21 Wuttig, M. The role of vacancies and local distortions in the design of new phase-change materials / M. Wuttig, D. Lusebrink, D. Wamwangi, et al. // Nature Materials. – 2007. 122-151p.
22 Kolobov, A.V. Vacancy-mediated three-center four-electron bonds in GeTeSb2Te3 phase-change memory alloys / A.V. Kolobov, P. Fons, J. Tominaga,
S. R. Ovshinsky. // Phys. Rev. B. – 2013. 1123p.
23 Kolobov, A.V. Local structure of crystallized GeTe films / A.V. Kolobov, J. Tominaga, P. Fons, T. Uruga. // Appl. Phys. Lett. – 2003. 82-386p.
24 Yamada, N. Structure of laser-crystallized Ge2Sb2+xTe5 sputtered thin films for use in optical memory / N. Yamada, T. Matsunaga // J. Appl. Phys. – 2000. 204p.
25 Privitera, S. Crystallization and phase separation in Ge2+xSb2Te5 thin films / S. Privitera, E. Rimini, C. Bongiorno, et al. // J. Appl. Phys. – 2003. 213p.
26 Paesler, M.A. Bond constraint theory and EXAFS studies of local bonding structures of Ge2Sb2Te4, Ge2Sb2Te5 and Ge2Sb2Te7 / M.A. Paesler, D.A. Baker, G. Lucovsky, et al. // J. Optoelectronics and Advanced Materials. - 2007. 4015 p.
27 Shportko, K. Resonant bonding in crystalline phase-change materials /
K. Shportko, S. Kremers, M. Woda, et al. // Nature Materials. – 2008. 673 p.
28 Petrov, I.I. Electronographic determination of the structures of Ge2Sb2Te5 and GeSb4Te7 / I.I. Petrov, R.M. Imamov, Z.G. Pinsker. // Soviet physics - crystallography. - 1968. 344-396p.
29 Němec, P. Ge–Sb–Te thin films deposited by pulsed laser: An ellipsometry and Raman scattering spectroscopy study / P. Němec, A. Moreac, V. Nazabal, et al. // J. Appl. Phys. – 2009 105-509p.
30 De Bastiani, R. Ion irradiation-induced local structural changes in amorphous Ge2Sb2Te5 thin film / R. De Bastiani, A. M. Piro, M. G. Grimaldi, et al. // Appl. Phys. Lett. – 2008.152p.
31 Andrikopoulos, K. S. Raman scattering study of GeTe and Ge2Sb2Te5 phasechange materials / K. S. Andrikopoulos, S. N. Yannopoulos, et al. // J. Phys. Chem. Solids. – 2007 1074-1078p.
32 Kozyukhin, S.A. Influence of doping on the structure and optical characteristics of Ge2Sb2Te5 amorphous films / S.A. Kozyukhin, V.H. Kudoyarova, H.P. Nguyen, et al. // Phys. Status Solidi. – 2011 2688–2691p.
33 De Bastiani, R. Crystallization of ion amorphized Ge2Sb2Te5 thin films in presence of cubic or hexagonal phase / R. De Bastiani, E. Carria, S. Gibilisco, et al. // J. Appl. Phys. – 2010 1065p.
34 Gabriele, C. Raman spectra of cubic and amorphous Ge2Sb2Te5 from first principles / Gabriele C. Sosso, Sebastiano Caravati, Riccardo Mazzarello, and Marco Bernasconi. // Phys. Re. B. – 2011. 1501p.
35 Forst, M. Phase change in Ge2Sb2Te5 films investigated by coherent phonon spectroscopy / M. Forst, T. Dekorsy, C. Trappe, et al. // Appl. Phys. Lett. – 2000. 103-158p.
36 Tominaga, J. Study of the Crystallization of GeSbTe Films by Raman Spectroscopy / J. Tominaga and N. Atoda. // Jpn. J. Appl. Phys. – 1999. 103p
37 . Liu, B. Raman spectra and XPS studies of phase changes in Ge2Sb2Te5 films / B. Liu, Z. T. Song, T. Zhang, at. al. // Chin. Phys. – 2004. 1974p.
38 H. Satoh, K. Sugawara, and K. Tanaka. Nanoscale phase changes in crystalline Ge2Sb2Te5 films using scanning probe microscopes // J. Appl. Phys. – 2006. 1072p.
39 Sugai, S. Stochastic random network model in Ge and Si chalcogenide glasses / S. Sugai // Phys. Rev. B. – 1987 102-109p.
40 Liu, B. Raman spectra and XPS studies of phase changes in Ge2Sb2Te5 films / Liu Bo, Song Zhi-Tang, Zhang Ting, et al. // Chinese Phys. – 2004 406p.
41 Kato, T. Electronic properties of amorphous and crystalline Ge2Sb2Te5 films / T. Kato, K. Tanaka // Jpn. J. Appl. Phys. – 2005 4403с..
42 Lee, B.-S. Investigation of the optical and electronic properties of Ge2Sb2Te5 phase change material in its amorphous, cubic, and hexagonal phases / B.-S. Lee, J.R. Abelson, S.G. Bishop, et al. // J. Appl. Phys. – 2005 109-501p.
43 Wuttig. M. Phase-change materials for rewriteable data storage / M. Wuttig and N. Yamada // Nat. Mater. – 2007. 189p.
44 Němec, P. Optical characteristics of pulsed laser deposited Ge–Sb–Te thin films studied by spectroscopic ellipsometry / P. Němec, J. Přikryl, V. Nazabal, and M. Frumar // J. Appl. Phys. – 2011 456-476p.
45 Strand,D.OpticalRoutersBasedonOvonicPhaseChangeMaterials/
D. Strand // European Phase Change and Ovonics Science Symposium Grenoble, France, 2006 964 p..
46 Kolobov, A. Crystallization induced short-range order changes in amorphous GeTe / A. Kolobov, P. Fons, J. Tominaga, et al. // Phys.: Condens. Matter. – 2004. 5103p.
47 Kolobov, A.V. Understanding the phase-change mechanism of rewritable optical media / A.V. Kolobov, P. Fons, A.I. Frenkel, et al. // Nature Mater. – 2004. 703p.
48 Kolobov, A.V. Distortion-triggered loss of long-range order in solids with bonding energy hierarchy / A.V. Kolobov, M. Krbal, P. Fons, et al. // Nature Chermistry. – 2011. 120-156p.
49 Абрикосов, Н.Х. Исследование диаграммы состояния Sb2Te3-GeTe / Н.Х. Абрикосов, Г.Т. Данилова-Добрякова. // Неорганические материалы. - 1965. том 119 104-153c.
Реферат
Дипломдық жұмыстың көлeмі: 2 бөлiмнeн, 49 бeттeн, 37 cypeттeн, 2 кecтeдeн тұpaды. Пaйдaлaнылғaн әдeбиeттep caны 49.
Зeрттeу жұмысының тaқырыбы: Ti түpлeндipiлгeн Ge-Sb-Te жұқa қaбықшaлapын aлy технологиясы және электрлік қасиеттері.
Кілт сөздер: Ti түpлeндipy, титан, Ge-Sb-Te жүйeci,Ge-Sb-Te жүйeciндeгi ayыcтыpy эффeктici,GST жұқa қaбықшaлapын қaзipгi зaмaн тexнoлoгиялapын қoлдaнa oтыpып түpлeндipy, пoлиypeтaнды көбiк, вaкyyм, лeгipлey.
Жұмыстың өзектілігі мен тәжірибелік маңыздылығы: Xaлькoгeнидтi peттeлмeгeн жapтылaй өткiзгiштep coның iшiндe Ge-Sb-Te жүйeciндeгi қocпaлap әp түpлi фopмaтaғы (CD-RW, DVD-RW, Blue-Ray) oптикaлық диcкiлepдi тaбыcты қoлдaнылyынa бaйлaныcты өтe үлкeн қызығyшылық тyдыpyдa. Бұдaн бacқa ocы мaтepиaлдap нeгiзiндeгi фaзaлық жaды құpылғылapы жaңa үлгiдeгi пepcпeктивтi кaндидaт peтiндe флэш-жaдылapдың ғaнa eмec, coнымeн қaтap, зaмaнayи қaтты мaгниттi диcкiлep нeгiзiндeгi жинaқтayыштың, тiптi динaмикaлық жәнe cтaтикaлық oпepaтивтi жaдылapдың opнын aлмacтыpa aлaды.Мұндaй құpылғылapдa мәлiмeттepдi жaзy жәнe өшipy пpинципi кeзiндe aмopфты күйдeн кpиcтaллдық күйгe, кpиcтaллдық күйдeн aмopфты күйгe фaзaлық ayыcy кeзiндe oптикaлық жәнe элeктpлiк қacиeттepiнiң бipдeн ayыcyынa нeгiздeлгeн. Coндықтaн aлынғaн мәлiмeттep aқпapaтты oптикaлық жәнe элeктpлiк жaзyдың физикaлық пpoцecciн түciнyдe мaңызды бoлып тaбылaды.
Жұмыстың мақсаты: Ион - плазмалық магнетронды тозаңдандыру әдіспен, Ti қоспасымен жетілдірілген Ge2Sb2Te5 құрамды GTS жұқа аморфты қабықшаларын алу және қайта қосу әсерін анықтау.
Зерттеу объектісі: Ti түрлендірілген GST жұқа қабықшалары.
Зерттеу әдістемесі: Тарихи және техникалық әдістер
Алынған нәтижелер: Таза GST мен салыстырған кезде, әлдеқайда артық шамаларға ие болады, мысалы өзгеру уақыты шамамен 5 есе азаяды кристаллдану температурасы шамамен 1,5 есе артады.
Реферат
Объем дипломной работы: 2 главы, 49 страницы, 37 рисунка, 2 таблицы.
Количество использованных литератур 49.
Тема дипломной работы: Технология получения преобразованной Ti Ge-Sb-Te тонких оболочек и их электрические особенности.
Ключевые слова: Ti преобразование, серебро, система Ge-Sb-Te, эффект обмена в системе Ge-Sb-Te, преобразование GST тонких оболочек при помощи новейших технологий
Актуальность работы и практическая значимость: Xaлькoгeнидные неупорядоченные полупроводники, в том числе примеси в системе Ge-Sb-Te в связи с выгодным использованием оптических дисков в разных форматах (CD- RW, DVD-RW, Blue-Ray) проявляют большой интерес. К тому же фазовые приборы памяти на основе материалов как перспективный кандидат нового эталона заменяют не только флеш-памятей, но и накопителей на основе современных твердых магнитных дисков, а так же динамических и статических oпepaтивных памятей. В данных устройствах при фазовом переходе с аморфного состояния на кристальное, с кристального состояния на аморфное на принципах записи и удаления данных закреплена позиция одновременного перехода оптических и электрических свойств.
Цель данной дипломной работы: Усовершенствованный примесью Ti состав құрамды Определение получения GTS тонких аморфных оболочек в составе с Ge2Sb2Te5 и их эффект перезагрузки методом опыления ионного- плазменного магнетрона.
Объект исследования: Ti преобразованные GST тонкие оболочки.
Метод исследования: Эффект обмена и зависимость от помех.
Результаты исследования: При сравнении с чистым GST получает сравнительно больше мощностей, к примеру, время изменения сокращается на 5 температура криссталлизации превышается на 1,5.
Abstract
Volume of diploma worf: 2 chapters, 49 pages, 37 drawings, 2 tables. The amount of used literature 49.
Subject of diploma work: Technology for producing transformed Ti Ge-Sb-Te thin shells and their electrical characteristics.
Keywords:Ag transformation, silver, system Ge-Sb-Te, the exchange effect in Ge-Sb-Te system, the transformation of GST thin shells with the help of the latest technology
Relevance of work and practical significance: Сhalcogenides disordered semiconductors, including impurities in the Ge-Sb-Te system, due to the advantageous use of optical discs in different formats (CD-RW, DVD-RW, Blue- Ray) have shown great interest. In addition, the phase memory devices based on materials as a promising candidate for a new benchmark not only replace the flash memory, and storage on the basis of today's hard disk drives, as well as dynamic and static opepativnyh memories. In these devices in a phase transition from an amorphous state to the crystal, with a crystal to an amorphous state on the principles of recording and deleting of data is fixed at the same time the position of the transition of the optical and electrical properties.
Purpose of this diploma work: Advanced doped Ti composition құramdy Determination receiving GTS amorphous thin membranes composed with Ge2Sb2Te5 and effect pollination by rebooting the ion-plasma magnetron.
Yhe object of research: Ti converted GST thin shell.
Method of research: Effect of exchange and dependence on interference.
Research results: When compared with pure GST relatively longer receives power, for example, the time change is reduced by 5 crystaliation temperature exceeded 1.5.
МАЗМҰНЫ
ҚЫСҚАРТУЛАР МЕН ШАРТТЫ БЕЛГІЛЕУЛЕР 7
КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
I ТАРАУ TI ТҮРЛЕНДІРІЛГЕН GST МЕМБРАНДЫҚ ТЕХНОЛОГИЯСЫНЫҢ НЕГІЗГІ СИПАТТАМАЛАРЫ 10
0.1 GST мембрандық технологиясының сипаттамасы 10
0.2 Ti түрлендірілген GST жұқа қабықшаларындағы ауыстыру эффектісі .. 166
0.3 Өзгермелі фазалық жағдайға ие болып келетін жады эффектісінің сипаттамалары 266
0.4 Ауысу эффектінің қарапайым және электронды модельдері 311
0.5 Жылулық тұрақсыздық моделі және кері электронды-жылулық ауысудың феноменологиялық моделі 355
II ТАРАУ GST ЖҰҚA ҚAБЫҚШAЛAPЫНЫҢ AЛУ ТEXНOЛOГИЯCЫН ТӘЖIPИБEЛIК - ЭКCПEPИМEНТТIК ЗEPТТEУ 38
ҚОРЫТЫНДЫ 45
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ 46
ҚЫСҚАРТУЛАР МЕН ШАРТТЫ БЕЛГІЛЕУЛЕР
GST
Ge-Sb-Te
Ti
титан
ХШЖ
халькогенидті шынытәрідес жартылайөткізгіштер
ВАС
ИҚ IVAP
Вольт Амперлік сипаттама
Инфрақызыл
intimate valence alternationpairs
КIPICПE
Жұмыcтың жaлпы cипaттaмacы: Диплoмдық жұмыcтa Ge2Sb2Te5 aмopфты қaбықшaлapдың oптикaлық қacиeттepiн зepттeyдiң тәжipибeлiк нәтижeci көpceтiлгeн.
Тaқыpыптың өзeктiлiгi: Қaзipгi yaқыттa xaлькoгeнидтi шыны тәpiздec жapтылaй өткiзгiштep (XШЖ) көптeгeн пpибopлapдa,микpo-нaнo жәнe элeктpoникaдa кeңiнeн қoлдaныc тayып oтыp. Бүгiнгi тaңдa зepттeyшiлep ocы мaтepиaлдap нeгiзiндe epкiн қoл жeткiзyгe бoлaтын (Phase Change Random Access Memory PC-RAМ) энepгo тәyeлciз фaзaлық жaдыны oйлaп тaбy жұмыcтapынa жoғapы қызығyшылық тaнытyдa. Энepгo тәyeлдi фaзaлық жaды нeгiзiндeгi құpылғылapдың cәттi экoнoмикaлық қoлдaныcтың мыcaлы peтiндe мынaлapды aтaп өтyгe бoлaды: CD жәнe CD-ROM, DVD-RAM, DVD-RRW, DVD+RRW фopмaттaғы oптикaлық диcкiлep, coнымeн қaтap coңғы үлгiдeгi, жaды көлeмi 50 Гбaйт(ГБ), aқпapaтты aйыpбacтay жылдaмдығы 36 Мбитceк бoлaтын Blue-Ray фopмaттaғы диcкiлep.
Мұндaй әмбeбaп қacиeттepгe иe xaлькoгeнидтi шыны тәpiздec жapтылaй өткiзгiштep жaқын apaдa жaңa caлaлapдa дa қoлдaныc тaбaды. Бұғaн нeгiздeлiп oтыpғaн ceбeбi, кeң диaпaзoндa, яғни,тoлқын ұзындығы инфpaқызыл (ИҚ) aймaқтa жaтaтын жoғapы мөлдipлiк, cынy көpceткiшiн үлкeн шeкapaдa өзгepтe aлaтын мүмкiндiгi бap, фaнoндық әpeкeттecyдeгi aз энepгия жәнe бepiлгeн мaтepиaлдap клacының тexнoлoгиялығы. XШЖ, eң aлдымeн, жaқын ИҚ- диaпaзoндaғы жapық өткiзгiш тeлeкoммyникaциoндық құpылғылap жacayдa пaйдaлaнылaды.Ocы құpылғылapдың бeлceндi oблыcы peтiндe xaлькoгeнидтi жapтылaй өткiзгiштiк қocылыc Ge2Sb2Te5 жиi қoлдaнылaды[1]. Ge2Sb2Te5 қocылыcын пaйдaлaнyдың eң пepcпeктивтi жoлы фaзaлық жaды элeмeнттepiндe қoдaнy бoлып caнaлaды. Флэш-жaдымeн тaбыcты бәceкeгe түcy үшiн фaзaлық жaдының қaтaң тaлaптapынa cәйкec кeлy кepeк.
Қapaпaйым жaғдaйдa мaтepиaл мiндeттi түpдe aмopфты фaзaдa дa, кpиcтaллдық фaзaдa дa бoлyы кepeк.
Бөлмe тeмпepaтypacындa мaтepиaлдың кpиcтaллизaция yaқыты oн жылдaн apтық бoлyы кepeк, aл жaзылy кeзiндeгi тeмпepaтypaдa кpиcтaллизaция yaқыты бipнeшe oн нaнo ceкyндтaн acпayы тиic.
Aмopфты жәнe кpиcтaллдық фaзaлapдың мeншiктi кeдepгiciндeгi aйыpмaшылық бip ғaнa peттiлiктeн кeм бoлмayы кepeк.
Мaтepиaл үлкeн мөлшepдe қaйтa жaзылy кeзeңiн көтepy тиic.
Диплoмдық жұмыcтың мaқcaты: жoғapыжиiлiктi иoндық-плaзмaлық тoзaңдaтy әдiciмeн aлынғaн Ge2Sb2Te5 aмopфты қaбықшaлapдың oптикaлық қacиeтiн зepттey. Көpceтiлгeн мaқcaтты жүзeгe acыpy үшiн кeлeci мiндeттep қoйылды:
Жoғapы жиiлiктi иoндық-плaзмaлық тoзaңдaтy әдiciмeн Ge2Sb2Te5 aмopфты қaбықшaлapды aлy
Ge2Sb2Te5 aмopфты қaбықшaлapдың электірлік қacиeтiн зepттey
Зepттey oбъeктici: Жoғapы жиiлiктi иoндық-плaзмaлық тoзaңдaтy әдiciмeн aлынғaн Ge2Sb2Te5 aмopфты қaбықшaлap
Тәжipибeлiк жәнe тeopиялық әдicтep: Қaбықшaның құpaмы энepгoдиcпepcиoнды aнaлиз apқылы, aл құpылымы paмaн cпeктpocкoпияcы apқылы бaқылaнып oтыpды; элeктpoндық жaрықтaндыpғыш жәнe cкaнepлeyшi микpocкoпия, көpiнeтiн диaпaзoндaғы oптикaлық cпeктpocкoпия әдicтepi қoлдaнылды;
Жұмыcтың ғылыми жaңaлығы: Жoғapы жиiлiктi иoндық-плaзмaлық тoзaңдaтy әдiciмeн aлынғaн Ge2Sb2Te5 aмopфты қaбықшaлap. Жapықтың oптикaлық өткiзy cпeктpiнeн жұтылy кoэффициeнтi, өткiзy кoэффициeнтiaнықтaлды жәнe қaбықшaлapдың oптикaлық тиым caлынғaн ayмaғының шaмacы aнықтaлды.
Зepттeyдiң пpaктикaлық мәні: Xaлькoгeнидтi peттeлмeгeн жapтылaй өткiзгiштep coның iшiндe Ge-Sb-Te жүйeciндeгi қocпaлap әp түpлi фopмaтaғы (CD-RW, DVD-RW, Blue-Ray) oптикaлық диcкiлepдi тaбыcты қoлдaнылyынa бaйлaныcты өтe үлкeн қызығyшылық тyдыpyдa. Бұдaн бacқa ocы мaтepиaлдap нeгiзiндeгi фaзaлық жaды құpылғылapы жaңa үлгiдeгi пepcпeктивтi кaндидaт peтiндe флэш-жaдылapдың ғaнa eмec, coнымeн қaтap, зaмaнayи қaтты мaгниттi диcкiлep нeгiзiндeгi жинaқтayыштың, тiптi динaмикaлық жәнe cтaтикaлық oпepaтивтi жaдылapдың opнын aлмacтыpa aлaды.Мұндaй құpылғылapдa мәлiмeттepдi жaзy жәнe өшipy пpинципi кeзiндe aмopфты күйдeн кpиcтaллдық күйгe, кpиcтaллдық күйдeн aмopфты күйгe фaзaлық ayыcy кeзiндe oптикaлық жәнe элeктpлiк қacиeттepiнiң бipдeн ayыcyынa нeгiздeлгeн. Coндықтaн aлынғaн мәлiмeттep aқпapaтты oптикaлық жәнe элeктpлiк жaзyдың физикaлық пpoцecciн түciнyдe мaңызды бoлып тaбылaды.
1 TI ТҮРЛЕНДІРІЛГЕН GST МЕМБРАНДЫҚ ТЕХНОЛОГИЯСЫНЫҢ НЕГІЗГІ СИПАТТАМАЛАРЫ
1.1 GST мембрандық технологиясының сипаттамасы
Жаңа буын ретінде электрлік қасиеттерге ие және олардың ішіндегі маңыздысы болып табылатын GST технологиясы.
Қазіргі таңда түрлі күштілікке ие жер асты мембрандардың кұрылымын сақтау үшін жер асты резервуарлардың үлкен көлемі бар болып табылады. Ең үлкен сыйымдылықты резервуарлар үшін құрылған мембрандық конструкциялар inground бактар (жерге орналастыруға арналған бактар).
Бұлардың ішіндегі жер үсті резервуарларға сәйкес, 29 құрылымдық конструкцияға TGZ (Technigaz) сәйкес соғылған болатын. Олардың ішіндегі алғаашқы екеуі -120 000 M3- Газ де Франс 1981 жылы Montoir- де-Бретаньда ұтымды операциялардың бірі болып табылған. Содан кейін Оңтүстік Корея Пхёнтхэкте KOGAS үшін, 10 X 100 000 м3 - соғылған болатын [5].
Қосымша 29 жер бетіндегі резервуарларлық, концепция мембрандары Technigaz, MARK III, СТГ жүктемелері үшін жүзден астам танкерлері қолданылып ұтымды түрде жұмыс жасап тұр. Ең ескі қолданыстағы қызмет көрсетілетін жыл мерзімі 2009 жыл болған.
Одан басқа, бұл технологиялар жалпы классификациялық негізбен келісіліп жасалған болатын, ірі кемеқұрылыстық верфилер (Samsung HI, Hyundai HI, Imabari, Hanjin) мен ірі мұнай және газ компанияларымен іспеттес (BG, SHELL, EXXONMOBIL, MISC) [6].
Сурет 1 - Монтуар-де-Бретаньдегі екі алғашқы GST мембранды бактар [1]
GST концепциясы ең алдымен негізгі нақты бөлінділердің басты функциясы. Мұндай әдіспен, бетонды резервуарлар сыртқы тартылыс есебінен құрылымдық функцияларды қамтамасыз етеді, сыртқы қауіп пен ішкі гидростатикалық жүктемелердің құрылымдық тұрақтылығын ұсынатын болып табылады [7].
Алғашқы герметикалық функцияны тот баспайтын болаттан жасалған гофрирленген мембранмен қамтамасыз етіледі, ол газ өткізбейтін және сұйық болып табылады. Мембрана көміртекті болат лайнеріне тығыс пісіріліп купол бетіне жапсарылған ондағы қақпақтары мен ары қарай қорғағыш қабыршақ жүйесі толық герметикамен қамтамасыз етілген. Одан басқа, ылғал өткізбейтін қорғағыш қабат ішіндегі бетонның ішкі беттік конструкциясы су миграциясын қайта түзіп бетоннан оқшаулағыш қабатқа жібереді.
Оқшаулағыш функцияларды қамтамасыз ету үшін жүктемелердің тірелуі PUF оқшаулағыш қабырға жүктемесімен, бетон қабырғаға анкерн элементтерінің көмегімен қатырылған (мастикалар мен шпилькалар), және үнемі азот атмосферасында тұрақты болып тұрады. Кеңістікті оқшаулауды бақылау үшін алғашқы қақпа мүмкіндіктеріне сәйкес кез келгенді анықтауға мүмкіндік береді. Соңында, өзіне қажетті тәуліктік температураға сәйкес полуба қақпағын ұстап тұру тоқтатылып оқшауанған болып табылады. Тәуліктік нормадағы қарапайым 0,05% буланатын оқшаулағыш қалыңдығына байланысты болады [8].
Мұндай негізгі функциялардың бөлінісі әр функцияны тиімді етуге жағдай жасайды, ол жеке және жахандық тестілеу мен бір мезетте бірнеше сәтсіздіктен қашуға мүмкіндік береді. Бұл тұрақтылықты жоғарылатады және мембранды жүйе жұмысын тиімді етеді.
Құрылымдық функция
Бетонды сыртқы резервуар
Сурет 2 - Негізгі функцияларды бөлу және қорғағыш қабыршақ жүйесінің мембрандық компоненттерінің жалпы жүйесі [2]
Полиуретанды көбік
Біріншілік баръер
Полиуретанды көбік
Панель
Бекіту элементтері
Қабырғасы бетонмен қапталған баръер
Тот баспайтын болаттан жасалған гофрирленген диафрагма. Біріншілік баръер
Панель
Жылуды оқшаулағыш панель
Сурет 3 - Компоненттік жүйенің жалпылама мазмұны [3]
Алғашқы мембраналар бұл болаттан жасалған тот баспайтын гофрирленген мембрана (304 L) қалыңдығы 1,2 мм. Ортогоналды гофрлардың еркін кеңеюі мен қысқаруыя, екі бағытқа сәйкес термиялық өңдеумен жүзеге асырылатын болады. Бұл мембрананы жылу жүктемелеріне тұрақты емес немесе құрылымдық ауытқуымен потенциалды көзі болып табылады. Негізгі мембрана стандартты жылдам мембран жапырақтарынан жасалатын, піспелі оқшаулағыш панелдер мен тізбелерде, бір - біріне пісіріліп жапсарылған [9].
Сурет 4 - Негізгі элементтердің алғашқы мембрандары [4]
Панелдерді оқшаулау: резервуарлы қабырғалардың іші мен түбінің орналасуы prefabricated оқшаулағыш панелдер арқылы, гидротесті мен бетондарға ылғалдың орналаспауы үшін қоршаулар енгізілген болатын. Оқшаулағыш панелдер сэндвич типтес болып келеді (жоғарыдағы 3 суреттен қараңыздар), фанердің екі қабат аралығына монолитті пенополиуретан орналастырылып қойылған болып табылады. Оқшаулағыш панелдер олардың орналасуына сәйкес үш түрлі формада шығарылатын болады бұрыштық панелдер мен үшөлшемді панелдер және біртегіспанелдер болып жасалады.
Панелдер бетонның сыртқы жағына мастика канаттары мен шпил көмегімен орнына қысылып ұсталып жасалады. Пенополиуреттің тығыздығы жүктеме қысымына сәйкес таңдалып жасалады, олар онда сақталып, оқшаулағыш панелдердің қабаты күнделікті қажетті жеткізіп беруді түзетуге кетеді. Бұл оқшаулағыш құрылым бетонға гидростатикалық жүктемемен беріледі [10].
Мембрандарды қатыру үшін арналған, алдын ала панелдерден жасалған фанер қабаттарының жоғары элементтеріне тот баспайтын қатырма болаттан қойылатын болады.
Сурет 5 - . Стандартты және модульды оқшаулағыш панелдер [5]
Екіншілік қоршама: екінші қоршама композиционды материалға сәйкес көрсетіледі, ол алюминий қаңылтырынан жасалатын, екі шыны талшық аралығына орналастырған болып табылады. Оның қатты формасындағы (RSB: Екінші қатты қоршама), бұл қоршама Шоппраймер деңгейіне сәйкес оқшаулағыш панелдерден жасалған. Аралас панелдер аралығы герметикалық жолмен қамтамасыз етіліп сызықтарды қатырғанан кейін иілмелі (FSB: Екінші иілмелі қоршау) материалдармен жасалатын болып табылады [11].
Алғашқы панелдердің сыдырылуына сәйкес екінші мембрананы сұйық герметикамен қамтамасыз етеді. Ол төменгі температураға сәйкес шамамен 5 м биіктікке сәйкес нақты бұрыштарымен қорғалған болып табылады. Мұндай қорған жұмысты қортындылау үшін қауіасіздік жүйесімен жасалады (қажет болған жағдайдағы ауыстыру шешімдері). Жылу қорған жүйесі оқшаулағышқа байланысқан және екінші мембранамен бірге байланысқан деп аталады (TPS).
Бұл екінші мембрана қабырға аралық приферлі қоймаға қатырылып (төменгі орнатпаларымен), келесі 6 суретте көрсетілгендей жасалатын болып табылады [12]. Анкері элементтердің екі типі бар:
екінші және алғашқы мембрандарды жабу үшін, бетон құрылымына горизонтальды 2 қойма қатырылған. Башня сорғышын бағыттау үшін, қолданыстағы үштен бір қатырма жүйесі орналастырылған болып табылады.
Жасалатын мастиктер мен шпилькалар, бетон қабырғаларда қатты оқшаулағыш панелдермен жасалған. Нақты контейнер мен қорғағыш қабыршақ жүйесі жүктемені алмастыру аралығында бұл қондырғыны біртегіс қамтамасыз ету үшін орналастыру қажет.
Жоғары бункер
Ішкі бункер
Бағыттаушы жүйенің құбырлы құрылымы
Сурет 6 - Анкерлі элементтер [6]
Бұранданың жүктеме мастикасы қабырғаның кез келген потенциалды ауытқуын компенсациялауы мүмкін болатын. Ал шиптерге тоқталып кететін болсақ, панелден мастиканы алып тастағанан кейін оқшаулағыш фиксациямен көркемдеу үшін қолданылады [13].
Ылғал өткізбейтін қорғағыш қабат: полимерлі элемент, кез келген уақыт мезетіндегі бетон кеңістігіне будың түспеуі үшін оқшаулау кезінде сұйықтықты жою мен шыны талшықтары мен эпоксидті қабаттарды дайындау үшін жасалған. Бетондағы микро жарықтары конпенсацияға сәйкес келеді. Оның қалыңдығы шамамен 3 мм құрайды.
Мембранаға қосымша тот баспайтын болатан, екіші қоршама арқылы жоғарыда жазылғандай, қолданыстағы панелге қоя тұрып алдын ала шамамен дайындаймыз. Кей жағдайда алғашқы қорғанның істен шығуына байланысты, екінш мембрана герметикалық сұйықтықты қамтамасыз ету мен бетон қабырғаларды қорғап, нақты бұрышқа сәйкес тартылыс концентрациясын жүзеге асырып отыра, еуропа талаптарына сәйкес стандарттармен EN 14620 жасалатын болып табылады. TPS осыған орай, ОКП мембранды бакқа сәйкес құрылымдық талаптармен 9% Ti толық бак қабыршақ арқылы қапталған болып табылады [14].
GST сенімді жүйесіне сәйкес мембрандар алғашқыда олардың мұрагерлігі дәлелденген болатын. Шамамен он газға секілді, Mark III типтес жүйелермен жарықтандырылған қорғағыш қабыршақтары 40 жыл бойы ұтымды жұмыс істеп келеді. Екіншіден, 29 жер бетіндегі резервуарлар үшін қазіргі уақытта пайдаланып сақтауға, ол алғашқылардың бірі болып 0 жыл бұрын сақталған болып табылады [15].
Резервуар иелерімен жабдықталған терминалдар Technigaz түрлі курьерлер үшін өзінің қанағаттанарлығын білдірді. мысалы:
KOGAS: Біз, KOGAS, сіздерге айтуға қуаныштымыз, жер үсті Мембранды Танкілер Пхёнтхэк СПГ терминалдар ешқандай да бір смәселерерсіз 20 жыл шамасында пайдаланып келеді, егер СПГ температурасы толықсып кеткен жағдайда да резервуарлар -140 градус Цельсияда болады. Біз түсінеміз, жоғары қауіпсіз деңгейдегі SN TGZ өңделген танк есебімен, төзімділігі мен тұрақтылығы .
GAZ DE FRANCE: ... ELENGY мембранды резервуарлардың негізгі ішкі резервуарларына ешқандайда бір қызмет көрсетпей .. салыстырмалы мембранға сәйкес қызмет көрсете отырып өзгерісі модификациялық қажеттілікті жүргізді, содан оларда бұзылыс байқалмады. Біз айтқандай, біздің танктер пайдалануға сәйкес 2030 жылмен жоспарланған қаралымға сәйкес сақталады.
TOKYO ГАЗ: Біз жер асты резервуарды соқтық ол үшін ол үшін табиғи газды төмендетіп сақтауға НКК мембранасымен бірге лицензиясымен TGZ 1984 жылы болған болатын. Бұл танк тапсырыс бойынша қауіпсіз жұмыс істейтін. Біз бұл резервуарды пайдалану үшін қарастырмаймыз, және біздің комиссияны қысқарту үшін ешқандайда жоспарымыз жоқ. Біз жоспарлаймыз және СТГ сақтау үшін жер асты резервуарларды соғамыз, ол мембрандық өмір құрылымы үшін тексерісті қажет етеді. Одан басқа, қалған ресурстарды тексеру үшін нақты мембрандық негіз үшін сұйықтық деңгейінің өзгерісі мен нақты қысымның өзгеруімен негізделеді. Біз нақтылап, кеткендей бірнеше жүз жыл ағымына сәйкес жұмысты жалғастыруымызға болады [16].
Ti түрлендірілген GST анықталған компоненттері үшін жасалуы тиіс болатын, жеткізіп берушілердің тізімі, жинақы элементтер мен материалдар үшін техникалық сипаттама арқылы сақтау қамтамасыз етілетін. Бұл жалпы құжат құрамын ұсыну үшін барлығына көрсетілетін көмек барлық үшін көрсетілетін көмек ретінде қызықтырушы жақ мақсатымен Ti түрлендірілген GST функционалды және оларды бекітілген компанияларда пайдалану (материалдар мен жиынтық элементтер) СТГ үшін қорғағыш қабыршақ жүйесі толтырылатын бактың конструкциясымен жер бетінде базалау болып табылады [17].
Оның мақсаты қатысушы екі жақ арқылы ролін нақтылап білу (өндірстік және бекітілген үдеріс сапасымен жиіленеді). Кез келген құрама бөлік келісімін алғысы келетін және құрама бөлікті шешу үшін алғысы келетін компания, GST түріндегі жасау арқылы жеткізіп берушімен бекітілген сонымен танылған болуы тиіс. Керек деп шешкен жағдайда тиым салынған компаниялардың ақпараттық байланысы жалпы үлгімен қанағаттанарлық қажетке ие болып табылады (мысалы, кәсіпорынның өндірістік күші үшін құрыс тапсырыстарын қанағаттандырудағы қорғағыш қабыршақ болып табылады), GST ол бекіту үдерісін бастауы тиіс болатын. Құрылымдық спецификаға сәйкес жасалатын компаниялардың өндірістік шығыс үдерісі бекітілген болып табылады [18].
Бұл жеткізіп берушінің жауапкершілігі, арнайы сапада қолданылады және өндірістік үдерістердің мақсаты арқылы үнемі қамтамасыз етілетін бетпен, компонентті қайталап бекіту болып табылады. Бұл EPC жауапкершілігі
Сатушы (клиент), компаненттің сапа деңгейін бақылау үшін, ұсынудан алдын қолданып Ti түрлендірілген GST жүйесін жүргізе отырып қорғағыш қабыршақ жүйесімен жасалады.
GST ұтымды іс тәжірибесі мембрана жйесіне сәйкес бекітілген қатал бағдарламаға сәйкес ағымды бақылау резервуар әсерінен жүргізіледі. Көптеген сынамаларды жүргізу үшін соңғы эрекция жүйесін бекіту құрылымдық бетонның кнострукциясымен жасалады. Негізгі сынамалар төменде көрсетілген болып табылады [19].
Бұдан белгілеп кететін жайт,мына жағдайдағы 9% Ti толық типті қорғағыш қабыршақпен бұл алғашқы деңгейде орындалатыне гидростатикалық сынамасы жоқ, қорғағыш типтес қабаттан тұрады, ол дегеніміз жүйені ұстап тұрғанға дейінгі эрекциялар.
Вакуум қорабының тесты, TPS герметикасын тексеру үшін арналған.
NH3 (аммиак) тесты, мембранды піспе тігістерін герметикалығын тексеру үшін арналған.
Жахандық тесттер, қорғағыш қабыршақ жүйесі жахандық герметиканы тексеру үшін арналған [20].
2.1 Ti түрлендірілген GST жұқа қабықшаларындағы ауыстыру эффектісі
Ауыстыру эффектісінің негізгі сипаттамалары қарастырылатын болады. Өкінішке орай, ауыстыру эффектісі Ge-Sb-Te жүйесінің құрамында жеткілікті түрде тереңдетіліп зерттелмеген, сондықтан да төменде көрсетілген көптеген тәуелділіктер жоғары шыны қалыптастырушы қасиетпен Si12Te48As30Ge (STAG) құрамында 1960-1970 жылдары алынған болатын. Ge2Sb2Te2 (GST) құрамы үшін жасалған тәжірибелік тәуелділіктер бөлек келтірілетін болады [21].
Тәжірибелік қолданулар үшін ауыстыру эффектісі кері болып табылатыны маңызды. Егер болашақта кернеудің мәнін Vh (holding voltage-ұстап тұру кернеуі немесе кері ауысу кернеуі) минималды мәнінен азайтатын болса, онда құрылғы tr (recovery time) қалпына келтіру уақытында бастапқы жоғары омды күйіне жүктеменің сызық бойына қайта оралады. Қайтымдылықтың арқасында ағылшын әдебиетінде ауысу эффектісін жиі жағдайда қайтымды ойық деп атайды (reversible breakdown). Ауысу эффектісінің сипаттамаларының ең алғашқыларының бірін коломиец және т.б. зерттеді. Олар Fth шекті электрлік өріс тәуелділігін L қабыршақ қалыңдығына және Т0 қоршаған ортаның температурасына байланысты өлшеген. Сонымен қатар, ауысу эффектісінің уақыттық сипаттамаларын зерттеді.
Бұл бөлімде ауыстыру эффектісінің негізгі сипаттамалары қарастырылатын болады. Өкінішке орай, ауыстыру эффектісі Ge-Sb-Te жүйесінің құрамында жеткілікті түрде тереңдетіліп зерттелмеген, сондықтан да төменде көрсетілген көптеген тәуелділіктер жоғары шынықалыптастырушы қасиетпен Si12Te48As30Ge (STAG) құрамында 1960-1970 жылдары алынған
болатын. Ge2Sb2Te2 (GST) құрамы үшін жасалған тәжірибелік тәуелділіктер бөлек келтірілетін болады [22].
Қалыңдығы L болатын ХСП қабыршағын қарастырайық, оған V кернеу берілген. Егер бұл кернеу тура ауысу кернеуі деп аталатын Vth (threshold voltage) табалдырықты кернеуге тең болса, онда қандай да бір td (delay time) кідіру уақытынан кейін токтың жылдам өсуін бақылауға болады. Ол ток tswtd өзіндік ауысу уақытында болады, жоғарыомды күйден Ith тогымен және өткізу күйінде Ion тогымен келеді. (сурет 1). Токтың өзгеруі бірнеше ретке дейін жетуі мүмкін.
Кідіріс уақыты td қабыршақтың қалыңдығынан тәуелді және жұқа қабыршақтар үшін наносекундтан қалыңдығы бірнеше он микрон болатын жүздеген микросекундтарға өзгере алады. Одан өзге, кідіріс уақыты берілген кернеуді үлкейткен кезде өте жылдам төмендейді. tsw жеке ауысудың уақыты
Овшинский tsw 10-10 c бағалауына сәйкес өте аз [23].
Тәжірибелік қолданулар үшін ауыстыру эффектісі кері болып табылатыны маңызды. Егер болашақта кернеудің мәнін Vh (holding voltage-ұстап тұру кернеуі немесе кері ауысу кернеуі) минималды мәнінен азайтатын болса, онда құрылғы tr (recovery time) қалпына келтіру уақытында бастапқы жоғарыомды күйіне жүктеменің сызық бойына қайта оралады. Қайтымдылықтың арқасында ағылшын әдебиетінде ауысу эффектісін жиі жағдайда қайтымды ойық деп атайды (reversible breakdown). Ауысу эффектісінің сипаттамаларының ең алғашқыларының бірін Коломиец және т.б. зерттеді. Олар Fth шекті электрлік өріс тәуелділігін L қабыршақ қалыңдығына және Т0 қоршаған ортаның температурасына байланысты өлшеген. Сонымен қатар, ауысу эффектісінің уақыттық сипаттамаларын зерттеді [24].
Fth = VthL табалдырықты электрлік өріс өлшемінің L қабыршақ қалыңдығынан тәуелділігі 2-суретте келтірілген. Мәліметтер қалық қабыршақ аймағында (L 10 мкм) жылулық ойылу теориясымен жақсы сипатталады. ВС аймағында табалдырықты электрлік өріс Fth infinity L-0.5. Жылулық теорияда мұндай тәуелділік қабыршақтың барлық нүктелерінде температура бірдей болатынын көрсетеді.
Сурет 7 - Ауысу эффектісі [7]
Сурет 8 - Fth табалдырықты өрістің Ge-Si-As-Te жүйесінің L қабыршақ қалыңдығынан тәуелділігі [8]
Сурет 9 - Fth табалдырықты өрістің Ge-Si-As-Te жүйе құрамының L=300 мкм қабыршақ қалыңдығы үшін Т0 сыртқы температурадан тәуелділігі [9]
CD аймағында табалдырықты өріс Fth infinity L-1 қалыңдығына кері пропорционалды. Жылулық теорияда мұндай тәуелділік
Сурет 10 - Vth табалдырықты кернеудің Ge-Si-As-Te жүйе құрамының L=2 мкм қабыршақ қалыңдығы үшін Т0 сыртқы температурадан тәуелділігі [10]
Сурет 11 - Fth табалдырықты өрістің қалыңдығы L=50 нм GST қабыршағы үшін Т0 сыртқы температурадан тәуелділігі [11]
Қабыршақ температурасы z координатасынан тәуелді екенін білдіреді, ал ол координата қабыршақ жазықтығына перпендикуляр.
3-суретте Fth табалдырықты электрлік өрістің қалыңдығы L=300 мкм қабыршақ үшін Т0 сыртқы температурадан тәуелділігі келтірілген. Температурадан мықты тәуелділік қалың қабыршақтар үшін ауысу эффектісінің жылулық теориясы дұрыс екенін растайды. Бұл туралы келесі бөлімде қарастыратын болады [25].
Тәжірибелік көзқараспен қарағанда жұқа қабыршақтар жағдайы әлдеқайда қызығырақ. Бұл жағдайда Fth табалдырықты өріс қабыршақтың L қалыңдығынан тәуелді емес (сурет 2, АВ аймағы), ал Fth -ның сыртқы Т0 температурадан тәуелділігі қалың қабыршақтар жағдайымен салыстырғанда әлсіз болып келеді (сурет 4). Fth - ның температурадан және қалыңдықтан әлсіз тәуелділігі жұқа қабыршақтарда ауысу тек қана жылулық түрде болатынын растайды. Қазіргі уақытта жұқа қабыршақтардағы ауысу табиғатына байланысты екі көзқарас қалыптасты. Солардың біреуіне сәйкес, қалыңдық аймағында ауысу эффектісі тек электронды табиғатқа ие. Келесі көзқарас бойынша жұқа қабықшалар үшін электронды-жылулық теория дұрыс болып есептеледі. Алдында ауысу эффектісінің түрлі модельдерін жақсырақ қарастыратын боламыз. Ал одан кейін электронды-жылулық модель көрсетілетін болады, ол жерде теориялық түрде тәуелділіктердің мәліметтері есептелінетін болады. Осындай тәуелділіктер Ge2Sb2Te5 құрамының жұқа қабыршақтарында өлшенді. Сонымен қатар, табалдырықты электрлік өрістің қалыңдығы 50 нм болатын қабыршақ үшін температурадан тәуелділігі өлшенді (сурет 5) және табалдырықты өрістің қалыңдықтан тәуелділігі алынды (сурет 6). Бұл тәуелділіктер сапасы жағынан жоғарыда көрсетілген мәліметтермен сәйкес келетіні көрініп тұр [26].
7-суретте Vth табалдырықты кернеудің және Vh қолдау кернеуінің Ge-Si- As-Te құрамына арналған қабыршақ қалыңдығынан тәуелділіктері келтірілген.
0.2 мкм ретті сыни қалыңдық бар екені көрініп тұр, ол үшін S-тәрізді ВАС жоғалып кетеді.
Костылев көптеген тәжірибелік мәліметтерді жалпылап өтті және jth токтың табалдырықты тығыздығының L қабыршақ қалыңдығынан тәуелділігі jth
infinity L-1.4 тәуелділігімен жақсы сипатталатынын көрсетті (сурет 8).
Сурет 12 - Табалдырықты өрістің GST үшін қалыңдықтан тәуелділігі [12]
Сурет 13 - Vth тура ауысу кернеуінің және Vh кері ауысу кернеуінің L қабыршақ қалыңдығынан тәуелділігі [13]
Сурет 14 - Токтың табалдырықты тығыздығының ХШЖ қабыршақ қалыңдығынан тәуелділігі [14]
Сурет 15 - Шнурдағы токтың шнур радиусынан тәуелділігі [15]
S-тәрізді ВАС сы бар құрылымдағы токтың ағымын Ридли теориялық түрде зерттеді және ток бойынша біртекті шешімдер тұрақсыз болатынын көрсетті, материал токтың жоғарғы және төменгі тығыздық аймақтарына
бөлінеді және ток шнуры құралады. Петерсен және Адлер токтың өткізу күйіндегі ағынын тәжірибелік түрде зерттеді және Te39As36Si17Ge7P1 құрамындағы қабыршақта ток шнурының түзілуін бақылады. Олар түрлі әдістермен шнур радиусының үлгі арқылы толық токтан тәуелділігін өлшеді және шнурдағы ток тығыздығы тұрақты екенін анықтады, ол 104 Асм2. Ал толық токтың өзгерісі шнкр радиусының өзгерісімен байланысты (сурет 9) [27]. Коломийц және т.б. жұмысында ток шнурының ішіндегі температураны анықтай алды. Авторлар кернеу алынған соң үлгі кедергісінің қайта қалпына келу қисығын көре алды және қабыршақтың кедергісі R = R0exp( активациялық заң бойынша температурадан тәуелді екенін ұсынды. 10-сурет мәліметтері бойынша авторлар шнур температурасының уақыттан тәуелділігін орнатты және суу экспоненционалды заң бойынша болатынын көрсетті. Ал STAG құрамының жұқа қабыршағындағы шнур температурасы 500К, ол өткізу
күйіндегі уақыттан тәуелсіз (сурет 11).
Жұмыста STAG құрамындағы жұқа қабыршақтың ВАС жоғарыомды бұтақшалары өлшенді. Т0 сыртқы температураның мәні әртүрлі болды (сурет 12). Және ол жұмыста барлық ВАС - да токтың кернеуден экспоненциалды тәуелділік аймағы бақыланады. Осыған негізделе отырып ВАС-ны феноменологикалық түрде сипаттау ұсынылды:
I=I0exp(-(ΔTT)+VV0))
(1)
Сурет 16 - Кернеуді алғаннан кейінгі өткізуші күйде түрлі ұзақтықтар кезіндегі ХСП жұқа қабыршық кедергісінің қалпына келу
қисықтары [16]
Сурет 17 - Шнур температурасының уақыттан тәуелділігі:
1-өткізгіш күйдегі 20 нс-тан кейін, 2-50нс, 3-500нс, 4-10мкс [17]
Сурет 18 - Қалыңдығы 1.2 мкм STAG құрамы қабыршағының ВАС.Т0 температурасы қисықтардың жанында көрсетілген [18]
Сурет 19 - Өткізгіш активациясы энергиясының электрлік өткізгіштен
тәуелділігі [19]
Тәуелділік (1) формуласына ұқсас,Ge2Sb2Te5 құрамында тәжірибелік түрде бақыланды (сурет 13).
Ауысу эффектісінің уақыттық сипаттамалары жұмыстарында зерттелген. td ауысудың кідіріс уақытының қабыршақ қалыңдығынан (сурет 14) және VVth артық кернеу өлшемінен (сурет 15) тәуелділігі өлшенді. Осыған ұқсас тәуелділіктер Ge20As30Te50 және Si10Ge7As43Te37P3 құрамы қабыршағында жұмыста алынған (сурет 16) [28].
Сурет 20 - Ge-Si-As-Te құрамы үшін және де Ge20As30Te50 және Si10Ge7As43Te37P3 [66] құрамдары үшін td уақыт кідірісінің L қабыршақ
қалыңдығынан тәуелділігі [20]
Сурет 21 - Уақыт кідірісінің Ge-Si-As-Te жүйесінің құрамы үшін аса кернеуден тәуелділігі [21]
Сурет 22 - Қалыңдығы 6.8 мкм Ge20As30Te50 қабыршағы үшін кідіріс уақытынын аса кернеуден тәуелділігі [22]
Жұмыста td кідіріс уақытының экспоненциалды тәуелділігі қалыңдығы 90 нм Ge2Sb2Te4 құрамы қабыршақтарында бақыланды (сурет 17).
Осы бөлімде келтірілген заңдылықтар ВАС-тың температуралық тәуелділігін қоса (сурет 12) және табалдырықты сипаттамалардың тәуелділіктерін жады және ауысу эффектілердің теориясы түсіндіру керек. Сонымен қоса ВАС-тың бейсызық аймағындағы және омдық мәліметтері түсіндірілу керек [29].
Сурет 23 - GeSb2Te4 үшін кідіріс уақытының кернеуден тәуелділігі [23]
1.3 Өзгермелі фазалық жағдайға ие болып келетін жады эффектісінің сипаттамалары
Енді өзгермелі фазалық жағдайға ие болып келетін (Change Memory, PCM) заманауи жады элементтерінің сипаттамаларын қарастырайық. Сонымен қатар неге енді ғана ХШЖ негізіндегі коммерциялық элементтерге қол жеткендігі туралы талқылайық. Фазалық жады энергияға тәуелсіз жадылар қатарына жатады, сондықтан да біз қазір кең тарап келе жатқан флэш-жадылы РСМ сипаттамаларын салыстыратын боламыз. Қазіргі кезде РСМ-нің негізгі қолданыс аясы жазбалар мен оқылымдардың және қайта жазудағы цикл санының жылдамдығын арттыру болып табылады. NAND (Not AND) типіндегі флэш жады ақпарат жазудағы үлкен тығыздыққа ие, сондықтан да мұндай жадылар РСМ-ге қарағанда арзандау. РСМ қолданысы және мүмкіндіктері әдебиетте толық қарастырылған [30].
Кез-келген жады құрылғысының негізгі сипаттамасы оның бағасы мен жадысының көлемі болады. аталған параметр ең бірінші кезекте ақпарат жазу тығыздығымен, жадысының ұяшық санымен және бір ұяшықта жазылған ақпараттың бит санымен анықталады.
NAND типіндегі флэш-жады 4F1 сипаттамалық ұяшық көлеміне ие болып келеді, мұндағы F1 - минималды бөлшектердің көлемі, ол технологиялық процессор арқылы (техпроцессор) анықталады. Әр ұяшықта 4 бит ақпаратқа дейін сақталған болуы мүмкін. Ал зарядты қақпаншасы бар балқымалы бекітпе NAND типіндегі флэш-жадыны 22-нанометрлі техпроцессордан өткізуге мүмкіндік береді. Сондықтан да қазір NAND типіндегі флэш-жады 10 F2 деңгейлі көлемге ие, ол туннельдік селдірлік пен заряд ағынына байланысты. Мұндай ақпарат жазу тығыздығы РСМ технологиясы үшін қолжетімді [31].
РСМ ұяшықтар көлемінің азаю потенциалына ие. ХШЖ-ға ақпарат жазудың максималды мүмкіндіктері көптеген еңбектерде зерттелді. Жұмыста
GST ультражұқа қабыршаққа көлемі 2 нм болатын кристаллизация қарастырылған, ал жұмыста зондты м икроскоп көмегімен облыстың сипаттамалық аймағын 20 нм-ге дейін азайтуға қол жеткізілді. Сонымен қатар осы жұмыста жазба тығыздығын 2 есеге дейін үлкейтуге жол ашатын жазбаның импульстік өлшемі (жазба стратегиясы) және оптималды бірізділігі есептедінді. Қазіргі таңда РСМ технологиясын енгізудегі негізгі мәселе заманауи фазалық жадының ұяшықтарындағы ток тығыздығы 107Асм2 - қа тең. Сондай-
ақ жады ұяшықтарындағы селектордар болып табылатын диодтар мен транзисторлардағы максималды ток мәні ондаған есе кіші. Осы себепке байланысты РСМ заманауи құрылғыларында активті бөлік кристаллдың 10 пайызынан артық орынды алмайды. Бұл мәселені шешудің бірнеше жолы бар, ең мүмкіндігі жоғары шешімдердің бірі - ХШЖ құрамындағы селектор негізінде ауысуды қолдану (ovonic threshold switch) болып табылады. Электрод аймағын және ток тығыздығын төмендету үшін шеткі байланысы бар ұяшықтарды қолдануға болады [32].
Ақпарат тығыздығын үлкейту үшін бір ұяшыққа бірнеше бит ақпаратты жазады. Аморфтық және кристалдық фазалар арасындағы салыстырмалы кедергі РСМ-нің көпдеңгейлі мүмкіндігін ашуға жол береді. Қазіргі таңда мұндай ұяшықтарды жасаудың бірнеше әдісі бар. Олардың арасында ең қарапайымы - жазатын импульстарды жоғарыдағы рет бойынша таңдау, бұл материалды бөлшектеп кристалдауға жол ашады. Бірақ өтпелі жағдай ұяшықтар параметрлеріне өте сезімтал болып келеді, осының нәтижесінде түрлі ұяшықтардағы кедергі деңгейлер бойынша өзара ерекшеленуі мүмкін. жұмыста өтпелі жағдайдағы бірдей кедергілер тек қана импульсті жазатын параметрлер әр ұяшыққа арнайы таңдалып алынғанда ғана жүзеге асқан [33].
Жұмыста Ge15Sb85Se0.8 құрамында қызықты нәтижелер алынды. Мұнда Ge15Sb85 құрамына аз көлемде Se қосу арқылы кедергі бойынша үшке анық бөлінетін материал алынады. Өтпелі жағдай материалдың бөлшектеніп кристалдануымен байланысты, сонымен қатар ол жоғары температуралы кристалдық фаза секілді кристалдық құрылымға ие болып келеді.
Көп деңгейлі ұяшықтар жасаудың тағы бір әдісі кристализацияның түрлі температурасындағы ХШЖ-ның бірнеше қабатын қолдану болып табылады. жұмыста жады ұяшықтарының үлгісі жасалған, ол GeTe және Sb2Te3 қабаттарынан тұрады. Сонымен қатар мұнда электрлік импульс пен жарық көмегінің арқасында үш түрлі жағдайдағы ұяшықтар арасында ауысу құрастырылған [34].
Жұмыста GST қабыршақтары және TiO-ң немесе Wox өте жұқа қабаттарынан тұратын жады ұяшықтары кедергі бойынша үш түрде қарастырылған. Мұндай жады ұяшықтарының жұмыс принципі РСМ және резистивті жадының (RRAM) синтезімен түсіндіріледі. Соңғысы жоғары кернеу әсерінен өткізгіш каналдың қалыптасуы негізіндегі диэлектриктер қабыршақтарын өңдеуге негізделген.
Көптеген практикалық қолданыстар үшін жадының жады көлемі емес, құрылғының жұмыс жылдамдығы да өте маңызды. Бұл РСМ-да флэш-жады бірнеше деңгейге асып түседі және DRAM (Dynamic Rondom Access Memory)
негізіндегі оперативті жадыға жақындай түседі. РСМ жұмысының жылдамдығы ең бірінші кезекте жазба импульсінің ұзақтығы арқылы анықталады. Жұмыстарда жазылып жатқан импульс жылдамдығын 10 нс-ке, тіпті, одан төмен мәнге түсіруге қол жеткізілген, жұмыста аморфизацияның арнайы жағдайында жазба импульсінің жылдамдығын 1 нс-ке дейін төмендетуге мүмкіндік туды. Бірақ экстремалды мәндер токтың жоғары тығыздығының себебінен алынады, сондықтан да импульс жазу ұзақтығы реалды жады элементтерінде 50-ден бірнеше жүз наносекундқа дейін барады [35].
Құрылғының ең негізгі параметрі қайта жазбалар циклінің немесе ұзақтығының (endurance) максималды саны болып табылады. Жұмыста бөлінген энергия ХШЖ мен электрод арасындағы интерфейсті бұзғандықтан ұяшық жұмысының ұзақтылығы өшіру импульсіне кері пропорционал екендігі көрсетілген (25-сурет). Қазір жады элементтерінің қайта жазу циклі 108 - ін құрайды [36].
Cурет 24 - Ұяшық жұмысының циклінің өшіру импульсінің энергиясына
тәуелділігі [24]
Бұдан да жоғары жетістіктерге жекелеген жады ұяшықтары арқылы қол жеткізуге болады. Жұмыста ұяшық өшіру импульсінің ұзақтығы кезінде 1010 циклға дейін өздігінен жұмыс жасай алатындығы, ал ол 10 нс екендігі көрсетілген. Ал, жұмыста қайта жазу циклінің мәнін 1012-не жеткізуге мүмкіндік алдық.
РСМ ұяшықтарының ұзақ жұмысына фаза құлау процесі өз әсерін тигізуі мүмкін. Жұмыстар осы бағыт бойынша жасалынған. Дифференциалды сканерлеуші калориметрлердің көмегімен эндотермиялық пиктың GST қабыршақтарының құрамы 4000С температурада көрсетілген. Ал оның пайда болуын аталған еңбектің авторлары фаза құлауымен байланыстырады [37].
РСМ ұяшықтарының типі: а - классикалық ұяшық; b - pore-like cеll, с - сақиналы
электроды бар ұяшық.
Сурет 25 - Қара түспен активті облыс аумағы көрсетілген [25]
Қазіргі кезде жады ұяшықтарының сипаттамаларын жақсартуға күш салынып жатыр. Соның ішінде ең бірінші кезекте ұяшық геометриясының тиімділігі мен ХШЖ құрамы тұр. Анағұрлым қарапайым жады ұяшығы ХШЖ қабатынан және ағылшын әдебиеттерінде қыздырушы деп аталатын төменгі электродтардан тұрады (heater) (26а-сурет). Қабыршақтың жоғарғы бөлігіне металдық электродты қондырады, ол ұяшыққа ток келгенде пайда болатын жылуды өте тиімді бөледі. Төмендегі ХШЖ -да температура өткізгіштігі төмен болатын диэлектрик көрсетілген. Сондықтан да жазба кезінде ең жо,ары мәндегі максималды қызу мен кристалдану төменгі электродпен шектесетін шекте жүзеге асады. Бірақ ұяшықтардың мұндай геометриясында джоуль жылу бөлетін белгілі бөлік электодты қыздыруға жұмсалады, сондықтан да жұмыста ХШЖ-ң жұқа бағаншасы ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Дипломдық жұмыстың көлeмі: 2 бөлiмнeн, 49 бeттeн, 37 cypeттeн, 2 кecтeдeн тұpaды. Пaйдaлaнылғaн әдeбиeттep caны 49.
Зeрттeу жұмысының тaқырыбы: Ti түpлeндipiлгeн Ge-Sb-Te жұқa қaбықшaлapын aлy технологиясы және электрлік қасиеттері.
Кілт сөздер: Ti түpлeндipy, титан, Ge-Sb-Te жүйeci,Ge-Sb-Te жүйeciндeгi ayыcтыpy эффeктici,GST жұқa қaбықшaлapын қaзipгi зaмaн тexнoлoгиялapын қoлдaнa oтыpып түpлeндipy, пoлиypeтaнды көбiк, вaкyyм, лeгipлey.
Жұмыстың өзектілігі мен тәжірибелік маңыздылығы: Xaлькoгeнидтi peттeлмeгeн жapтылaй өткiзгiштep coның iшiндe Ge-Sb-Te жүйeciндeгi қocпaлap әp түpлi фopмaтaғы (CD-RW, DVD-RW, Blue-Ray) oптикaлық диcкiлepдi тaбыcты қoлдaнылyынa бaйлaныcты өтe үлкeн қызығyшылық тyдыpyдa. Бұдaн бacқa ocы мaтepиaлдap нeгiзiндeгi фaзaлық жaды құpылғылapы жaңa үлгiдeгi пepcпeктивтi кaндидaт peтiндe флэш-жaдылapдың ғaнa eмec, coнымeн қaтap, зaмaнayи қaтты мaгниттi диcкiлep нeгiзiндeгi жинaқтayыштың, тiптi динaмикaлық жәнe cтaтикaлық oпepaтивтi жaдылapдың opнын aлмacтыpa aлaды.Мұндaй құpылғылapдa мәлiмeттepдi жaзy жәнe өшipy пpинципi кeзiндe aмopфты күйдeн кpиcтaллдық күйгe, кpиcтaллдық күйдeн aмopфты күйгe фaзaлық ayыcy кeзiндe oптикaлық жәнe элeктpлiк қacиeттepiнiң бipдeн ayыcyынa нeгiздeлгeн. Coндықтaн aлынғaн мәлiмeттep aқпapaтты oптикaлық жәнe элeктpлiк жaзyдың физикaлық пpoцecciн түciнyдe мaңызды бoлып тaбылaды.
Жұмыстың мақсаты: Ион - плазмалық магнетронды тозаңдандыру әдіспен, Ti қоспасымен жетілдірілген Ge2Sb2Te5 құрамды GTS жұқа аморфты қабықшаларын алу және қайта қосу әсерін анықтау.
Зерттеу объектісі: Ti түрлендірілген GST жұқа қабықшалары.
Зерттеу әдістемесі: Тарихи және техникалық әдістер
Алынған нәтижелер: Таза GST мен салыстырған кезде, әлдеқайда артық шамаларға ие болады, мысалы өзгеру уақыты шамамен 5 есе азаяды кристаллдану температурасы шамамен 1,5 есе артады.
Реферат
Объем дипломной работы: 2 главы, 49 страницы, 37 рисунка, 2 таблицы.
Количество использованных литератур 49.
Тема дипломной работы: Технология получения преобразованной Ti Ge-Sb-Te тонких оболочек и их электрические особенности.
Ключевые слова: Ti преобразование, серебро, система Ge-Sb-Te, эффект обмена в системе Ge-Sb-Te, преобразование GST тонких оболочек при помощи новейших технологий
Актуальность работы и практическая значимость: Xaлькoгeнидные неупорядоченные полупроводники, в том числе примеси в системе Ge-Sb-Te в связи с выгодным использованием оптических дисков в разных форматах (CD- RW, DVD-RW, Blue-Ray) проявляют большой интерес. К тому же фазовые приборы памяти на основе материалов как перспективный кандидат нового эталона заменяют не только флеш-памятей, но и накопителей на основе современных твердых магнитных дисков, а так же динамических и статических oпepaтивных памятей. В данных устройствах при фазовом переходе с аморфного состояния на кристальное, с кристального состояния на аморфное на принципах записи и удаления данных закреплена позиция одновременного перехода оптических и электрических свойств.
Цель данной дипломной работы: Усовершенствованный примесью Ti состав құрамды Определение получения GTS тонких аморфных оболочек в составе с Ge2Sb2Te5 и их эффект перезагрузки методом опыления ионного- плазменного магнетрона.
Объект исследования: Ti преобразованные GST тонкие оболочки.
Метод исследования: Эффект обмена и зависимость от помех.
Результаты исследования: При сравнении с чистым GST получает сравнительно больше мощностей, к примеру, время изменения сокращается на 5 температура криссталлизации превышается на 1,5.
Abstract
Volume of diploma worf: 2 chapters, 49 pages, 37 drawings, 2 tables. The amount of used literature 49.
Subject of diploma work: Technology for producing transformed Ti Ge-Sb-Te thin shells and their electrical characteristics.
Keywords:Ag transformation, silver, system Ge-Sb-Te, the exchange effect in Ge-Sb-Te system, the transformation of GST thin shells with the help of the latest technology
Relevance of work and practical significance: Сhalcogenides disordered semiconductors, including impurities in the Ge-Sb-Te system, due to the advantageous use of optical discs in different formats (CD-RW, DVD-RW, Blue- Ray) have shown great interest. In addition, the phase memory devices based on materials as a promising candidate for a new benchmark not only replace the flash memory, and storage on the basis of today's hard disk drives, as well as dynamic and static opepativnyh memories. In these devices in a phase transition from an amorphous state to the crystal, with a crystal to an amorphous state on the principles of recording and deleting of data is fixed at the same time the position of the transition of the optical and electrical properties.
Purpose of this diploma work: Advanced doped Ti composition құramdy Determination receiving GTS amorphous thin membranes composed with Ge2Sb2Te5 and effect pollination by rebooting the ion-plasma magnetron.
Yhe object of research: Ti converted GST thin shell.
Method of research: Effect of exchange and dependence on interference.
Research results: When compared with pure GST relatively longer receives power, for example, the time change is reduced by 5 crystaliation temperature exceeded 1.5.
МАЗМҰНЫ
ҚЫСҚАРТУЛАР МЕН ШАРТТЫ БЕЛГІЛЕУЛЕР 7
КІРІСПЕ ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
I ТАРАУ TI ТҮРЛЕНДІРІЛГЕН GST МЕМБРАНДЫҚ ТЕХНОЛОГИЯСЫНЫҢ НЕГІЗГІ СИПАТТАМАЛАРЫ 10
0.1 GST мембрандық технологиясының сипаттамасы 10
0.2 Ti түрлендірілген GST жұқа қабықшаларындағы ауыстыру эффектісі .. 166
0.3 Өзгермелі фазалық жағдайға ие болып келетін жады эффектісінің сипаттамалары 266
0.4 Ауысу эффектінің қарапайым және электронды модельдері 311
0.5 Жылулық тұрақсыздық моделі және кері электронды-жылулық ауысудың феноменологиялық моделі 355
II ТАРАУ GST ЖҰҚA ҚAБЫҚШAЛAPЫНЫҢ AЛУ ТEXНOЛOГИЯCЫН ТӘЖIPИБEЛIК - ЭКCПEPИМEНТТIК ЗEPТТEУ 38
ҚОРЫТЫНДЫ 45
ПАЙДАЛАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ 46
ҚЫСҚАРТУЛАР МЕН ШАРТТЫ БЕЛГІЛЕУЛЕР
GST
Ge-Sb-Te
Ti
титан
ХШЖ
халькогенидті шынытәрідес жартылайөткізгіштер
ВАС
ИҚ IVAP
Вольт Амперлік сипаттама
Инфрақызыл
intimate valence alternationpairs
КIPICПE
Жұмыcтың жaлпы cипaттaмacы: Диплoмдық жұмыcтa Ge2Sb2Te5 aмopфты қaбықшaлapдың oптикaлық қacиeттepiн зepттeyдiң тәжipибeлiк нәтижeci көpceтiлгeн.
Тaқыpыптың өзeктiлiгi: Қaзipгi yaқыттa xaлькoгeнидтi шыны тәpiздec жapтылaй өткiзгiштep (XШЖ) көптeгeн пpибopлapдa,микpo-нaнo жәнe элeктpoникaдa кeңiнeн қoлдaныc тayып oтыp. Бүгiнгi тaңдa зepттeyшiлep ocы мaтepиaлдap нeгiзiндe epкiн қoл жeткiзyгe бoлaтын (Phase Change Random Access Memory PC-RAМ) энepгo тәyeлciз фaзaлық жaдыны oйлaп тaбy жұмыcтapынa жoғapы қызығyшылық тaнытyдa. Энepгo тәyeлдi фaзaлық жaды нeгiзiндeгi құpылғылapдың cәттi экoнoмикaлық қoлдaныcтың мыcaлы peтiндe мынaлapды aтaп өтyгe бoлaды: CD жәнe CD-ROM, DVD-RAM, DVD-RRW, DVD+RRW фopмaттaғы oптикaлық диcкiлep, coнымeн қaтap coңғы үлгiдeгi, жaды көлeмi 50 Гбaйт(ГБ), aқпapaтты aйыpбacтay жылдaмдығы 36 Мбитceк бoлaтын Blue-Ray фopмaттaғы диcкiлep.
Мұндaй әмбeбaп қacиeттepгe иe xaлькoгeнидтi шыны тәpiздec жapтылaй өткiзгiштep жaқын apaдa жaңa caлaлapдa дa қoлдaныc тaбaды. Бұғaн нeгiздeлiп oтыpғaн ceбeбi, кeң диaпaзoндa, яғни,тoлқын ұзындығы инфpaқызыл (ИҚ) aймaқтa жaтaтын жoғapы мөлдipлiк, cынy көpceткiшiн үлкeн шeкapaдa өзгepтe aлaтын мүмкiндiгi бap, фaнoндық әpeкeттecyдeгi aз энepгия жәнe бepiлгeн мaтepиaлдap клacының тexнoлoгиялығы. XШЖ, eң aлдымeн, жaқын ИҚ- диaпaзoндaғы жapық өткiзгiш тeлeкoммyникaциoндық құpылғылap жacayдa пaйдaлaнылaды.Ocы құpылғылapдың бeлceндi oблыcы peтiндe xaлькoгeнидтi жapтылaй өткiзгiштiк қocылыc Ge2Sb2Te5 жиi қoлдaнылaды[1]. Ge2Sb2Te5 қocылыcын пaйдaлaнyдың eң пepcпeктивтi жoлы фaзaлық жaды элeмeнттepiндe қoдaнy бoлып caнaлaды. Флэш-жaдымeн тaбыcты бәceкeгe түcy үшiн фaзaлық жaдының қaтaң тaлaптapынa cәйкec кeлy кepeк.
Қapaпaйым жaғдaйдa мaтepиaл мiндeттi түpдe aмopфты фaзaдa дa, кpиcтaллдық фaзaдa дa бoлyы кepeк.
Бөлмe тeмпepaтypacындa мaтepиaлдың кpиcтaллизaция yaқыты oн жылдaн apтық бoлyы кepeк, aл жaзылy кeзiндeгi тeмпepaтypaдa кpиcтaллизaция yaқыты бipнeшe oн нaнo ceкyндтaн acпayы тиic.
Aмopфты жәнe кpиcтaллдық фaзaлapдың мeншiктi кeдepгiciндeгi aйыpмaшылық бip ғaнa peттiлiктeн кeм бoлмayы кepeк.
Мaтepиaл үлкeн мөлшepдe қaйтa жaзылy кeзeңiн көтepy тиic.
Диплoмдық жұмыcтың мaқcaты: жoғapыжиiлiктi иoндық-плaзмaлық тoзaңдaтy әдiciмeн aлынғaн Ge2Sb2Te5 aмopфты қaбықшaлapдың oптикaлық қacиeтiн зepттey. Көpceтiлгeн мaқcaтты жүзeгe acыpy үшiн кeлeci мiндeттep қoйылды:
Жoғapы жиiлiктi иoндық-плaзмaлық тoзaңдaтy әдiciмeн Ge2Sb2Te5 aмopфты қaбықшaлapды aлy
Ge2Sb2Te5 aмopфты қaбықшaлapдың электірлік қacиeтiн зepттey
Зepттey oбъeктici: Жoғapы жиiлiктi иoндық-плaзмaлық тoзaңдaтy әдiciмeн aлынғaн Ge2Sb2Te5 aмopфты қaбықшaлap
Тәжipибeлiк жәнe тeopиялық әдicтep: Қaбықшaның құpaмы энepгoдиcпepcиoнды aнaлиз apқылы, aл құpылымы paмaн cпeктpocкoпияcы apқылы бaқылaнып oтыpды; элeктpoндық жaрықтaндыpғыш жәнe cкaнepлeyшi микpocкoпия, көpiнeтiн диaпaзoндaғы oптикaлық cпeктpocкoпия әдicтepi қoлдaнылды;
Жұмыcтың ғылыми жaңaлығы: Жoғapы жиiлiктi иoндық-плaзмaлық тoзaңдaтy әдiciмeн aлынғaн Ge2Sb2Te5 aмopфты қaбықшaлap. Жapықтың oптикaлық өткiзy cпeктpiнeн жұтылy кoэффициeнтi, өткiзy кoэффициeнтiaнықтaлды жәнe қaбықшaлapдың oптикaлық тиым caлынғaн ayмaғының шaмacы aнықтaлды.
Зepттeyдiң пpaктикaлық мәні: Xaлькoгeнидтi peттeлмeгeн жapтылaй өткiзгiштep coның iшiндe Ge-Sb-Te жүйeciндeгi қocпaлap әp түpлi фopмaтaғы (CD-RW, DVD-RW, Blue-Ray) oптикaлық диcкiлepдi тaбыcты қoлдaнылyынa бaйлaныcты өтe үлкeн қызығyшылық тyдыpyдa. Бұдaн бacқa ocы мaтepиaлдap нeгiзiндeгi фaзaлық жaды құpылғылapы жaңa үлгiдeгi пepcпeктивтi кaндидaт peтiндe флэш-жaдылapдың ғaнa eмec, coнымeн қaтap, зaмaнayи қaтты мaгниттi диcкiлep нeгiзiндeгi жинaқтayыштың, тiптi динaмикaлық жәнe cтaтикaлық oпepaтивтi жaдылapдың opнын aлмacтыpa aлaды.Мұндaй құpылғылapдa мәлiмeттepдi жaзy жәнe өшipy пpинципi кeзiндe aмopфты күйдeн кpиcтaллдық күйгe, кpиcтaллдық күйдeн aмopфты күйгe фaзaлық ayыcy кeзiндe oптикaлық жәнe элeктpлiк қacиeттepiнiң бipдeн ayыcyынa нeгiздeлгeн. Coндықтaн aлынғaн мәлiмeттep aқпapaтты oптикaлық жәнe элeктpлiк жaзyдың физикaлық пpoцecciн түciнyдe мaңызды бoлып тaбылaды.
1 TI ТҮРЛЕНДІРІЛГЕН GST МЕМБРАНДЫҚ ТЕХНОЛОГИЯСЫНЫҢ НЕГІЗГІ СИПАТТАМАЛАРЫ
1.1 GST мембрандық технологиясының сипаттамасы
Жаңа буын ретінде электрлік қасиеттерге ие және олардың ішіндегі маңыздысы болып табылатын GST технологиясы.
Қазіргі таңда түрлі күштілікке ие жер асты мембрандардың кұрылымын сақтау үшін жер асты резервуарлардың үлкен көлемі бар болып табылады. Ең үлкен сыйымдылықты резервуарлар үшін құрылған мембрандық конструкциялар inground бактар (жерге орналастыруға арналған бактар).
Бұлардың ішіндегі жер үсті резервуарларға сәйкес, 29 құрылымдық конструкцияға TGZ (Technigaz) сәйкес соғылған болатын. Олардың ішіндегі алғаашқы екеуі -120 000 M3- Газ де Франс 1981 жылы Montoir- де-Бретаньда ұтымды операциялардың бірі болып табылған. Содан кейін Оңтүстік Корея Пхёнтхэкте KOGAS үшін, 10 X 100 000 м3 - соғылған болатын [5].
Қосымша 29 жер бетіндегі резервуарларлық, концепция мембрандары Technigaz, MARK III, СТГ жүктемелері үшін жүзден астам танкерлері қолданылып ұтымды түрде жұмыс жасап тұр. Ең ескі қолданыстағы қызмет көрсетілетін жыл мерзімі 2009 жыл болған.
Одан басқа, бұл технологиялар жалпы классификациялық негізбен келісіліп жасалған болатын, ірі кемеқұрылыстық верфилер (Samsung HI, Hyundai HI, Imabari, Hanjin) мен ірі мұнай және газ компанияларымен іспеттес (BG, SHELL, EXXONMOBIL, MISC) [6].
Сурет 1 - Монтуар-де-Бретаньдегі екі алғашқы GST мембранды бактар [1]
GST концепциясы ең алдымен негізгі нақты бөлінділердің басты функциясы. Мұндай әдіспен, бетонды резервуарлар сыртқы тартылыс есебінен құрылымдық функцияларды қамтамасыз етеді, сыртқы қауіп пен ішкі гидростатикалық жүктемелердің құрылымдық тұрақтылығын ұсынатын болып табылады [7].
Алғашқы герметикалық функцияны тот баспайтын болаттан жасалған гофрирленген мембранмен қамтамасыз етіледі, ол газ өткізбейтін және сұйық болып табылады. Мембрана көміртекті болат лайнеріне тығыс пісіріліп купол бетіне жапсарылған ондағы қақпақтары мен ары қарай қорғағыш қабыршақ жүйесі толық герметикамен қамтамасыз етілген. Одан басқа, ылғал өткізбейтін қорғағыш қабат ішіндегі бетонның ішкі беттік конструкциясы су миграциясын қайта түзіп бетоннан оқшаулағыш қабатқа жібереді.
Оқшаулағыш функцияларды қамтамасыз ету үшін жүктемелердің тірелуі PUF оқшаулағыш қабырға жүктемесімен, бетон қабырғаға анкерн элементтерінің көмегімен қатырылған (мастикалар мен шпилькалар), және үнемі азот атмосферасында тұрақты болып тұрады. Кеңістікті оқшаулауды бақылау үшін алғашқы қақпа мүмкіндіктеріне сәйкес кез келгенді анықтауға мүмкіндік береді. Соңында, өзіне қажетті тәуліктік температураға сәйкес полуба қақпағын ұстап тұру тоқтатылып оқшауанған болып табылады. Тәуліктік нормадағы қарапайым 0,05% буланатын оқшаулағыш қалыңдығына байланысты болады [8].
Мұндай негізгі функциялардың бөлінісі әр функцияны тиімді етуге жағдай жасайды, ол жеке және жахандық тестілеу мен бір мезетте бірнеше сәтсіздіктен қашуға мүмкіндік береді. Бұл тұрақтылықты жоғарылатады және мембранды жүйе жұмысын тиімді етеді.
Құрылымдық функция
Бетонды сыртқы резервуар
Сурет 2 - Негізгі функцияларды бөлу және қорғағыш қабыршақ жүйесінің мембрандық компоненттерінің жалпы жүйесі [2]
Полиуретанды көбік
Біріншілік баръер
Полиуретанды көбік
Панель
Бекіту элементтері
Қабырғасы бетонмен қапталған баръер
Тот баспайтын болаттан жасалған гофрирленген диафрагма. Біріншілік баръер
Панель
Жылуды оқшаулағыш панель
Сурет 3 - Компоненттік жүйенің жалпылама мазмұны [3]
Алғашқы мембраналар бұл болаттан жасалған тот баспайтын гофрирленген мембрана (304 L) қалыңдығы 1,2 мм. Ортогоналды гофрлардың еркін кеңеюі мен қысқаруыя, екі бағытқа сәйкес термиялық өңдеумен жүзеге асырылатын болады. Бұл мембрананы жылу жүктемелеріне тұрақты емес немесе құрылымдық ауытқуымен потенциалды көзі болып табылады. Негізгі мембрана стандартты жылдам мембран жапырақтарынан жасалатын, піспелі оқшаулағыш панелдер мен тізбелерде, бір - біріне пісіріліп жапсарылған [9].
Сурет 4 - Негізгі элементтердің алғашқы мембрандары [4]
Панелдерді оқшаулау: резервуарлы қабырғалардың іші мен түбінің орналасуы prefabricated оқшаулағыш панелдер арқылы, гидротесті мен бетондарға ылғалдың орналаспауы үшін қоршаулар енгізілген болатын. Оқшаулағыш панелдер сэндвич типтес болып келеді (жоғарыдағы 3 суреттен қараңыздар), фанердің екі қабат аралығына монолитті пенополиуретан орналастырылып қойылған болып табылады. Оқшаулағыш панелдер олардың орналасуына сәйкес үш түрлі формада шығарылатын болады бұрыштық панелдер мен үшөлшемді панелдер және біртегіспанелдер болып жасалады.
Панелдер бетонның сыртқы жағына мастика канаттары мен шпил көмегімен орнына қысылып ұсталып жасалады. Пенополиуреттің тығыздығы жүктеме қысымына сәйкес таңдалып жасалады, олар онда сақталып, оқшаулағыш панелдердің қабаты күнделікті қажетті жеткізіп беруді түзетуге кетеді. Бұл оқшаулағыш құрылым бетонға гидростатикалық жүктемемен беріледі [10].
Мембрандарды қатыру үшін арналған, алдын ала панелдерден жасалған фанер қабаттарының жоғары элементтеріне тот баспайтын қатырма болаттан қойылатын болады.
Сурет 5 - . Стандартты және модульды оқшаулағыш панелдер [5]
Екіншілік қоршама: екінші қоршама композиционды материалға сәйкес көрсетіледі, ол алюминий қаңылтырынан жасалатын, екі шыны талшық аралығына орналастырған болып табылады. Оның қатты формасындағы (RSB: Екінші қатты қоршама), бұл қоршама Шоппраймер деңгейіне сәйкес оқшаулағыш панелдерден жасалған. Аралас панелдер аралығы герметикалық жолмен қамтамасыз етіліп сызықтарды қатырғанан кейін иілмелі (FSB: Екінші иілмелі қоршау) материалдармен жасалатын болып табылады [11].
Алғашқы панелдердің сыдырылуына сәйкес екінші мембрананы сұйық герметикамен қамтамасыз етеді. Ол төменгі температураға сәйкес шамамен 5 м биіктікке сәйкес нақты бұрыштарымен қорғалған болып табылады. Мұндай қорған жұмысты қортындылау үшін қауіасіздік жүйесімен жасалады (қажет болған жағдайдағы ауыстыру шешімдері). Жылу қорған жүйесі оқшаулағышқа байланысқан және екінші мембранамен бірге байланысқан деп аталады (TPS).
Бұл екінші мембрана қабырға аралық приферлі қоймаға қатырылып (төменгі орнатпаларымен), келесі 6 суретте көрсетілгендей жасалатын болып табылады [12]. Анкері элементтердің екі типі бар:
екінші және алғашқы мембрандарды жабу үшін, бетон құрылымына горизонтальды 2 қойма қатырылған. Башня сорғышын бағыттау үшін, қолданыстағы үштен бір қатырма жүйесі орналастырылған болып табылады.
Жасалатын мастиктер мен шпилькалар, бетон қабырғаларда қатты оқшаулағыш панелдермен жасалған. Нақты контейнер мен қорғағыш қабыршақ жүйесі жүктемені алмастыру аралығында бұл қондырғыны біртегіс қамтамасыз ету үшін орналастыру қажет.
Жоғары бункер
Ішкі бункер
Бағыттаушы жүйенің құбырлы құрылымы
Сурет 6 - Анкерлі элементтер [6]
Бұранданың жүктеме мастикасы қабырғаның кез келген потенциалды ауытқуын компенсациялауы мүмкін болатын. Ал шиптерге тоқталып кететін болсақ, панелден мастиканы алып тастағанан кейін оқшаулағыш фиксациямен көркемдеу үшін қолданылады [13].
Ылғал өткізбейтін қорғағыш қабат: полимерлі элемент, кез келген уақыт мезетіндегі бетон кеңістігіне будың түспеуі үшін оқшаулау кезінде сұйықтықты жою мен шыны талшықтары мен эпоксидті қабаттарды дайындау үшін жасалған. Бетондағы микро жарықтары конпенсацияға сәйкес келеді. Оның қалыңдығы шамамен 3 мм құрайды.
Мембранаға қосымша тот баспайтын болатан, екіші қоршама арқылы жоғарыда жазылғандай, қолданыстағы панелге қоя тұрып алдын ала шамамен дайындаймыз. Кей жағдайда алғашқы қорғанның істен шығуына байланысты, екінш мембрана герметикалық сұйықтықты қамтамасыз ету мен бетон қабырғаларды қорғап, нақты бұрышқа сәйкес тартылыс концентрациясын жүзеге асырып отыра, еуропа талаптарына сәйкес стандарттармен EN 14620 жасалатын болып табылады. TPS осыған орай, ОКП мембранды бакқа сәйкес құрылымдық талаптармен 9% Ti толық бак қабыршақ арқылы қапталған болып табылады [14].
GST сенімді жүйесіне сәйкес мембрандар алғашқыда олардың мұрагерлігі дәлелденген болатын. Шамамен он газға секілді, Mark III типтес жүйелермен жарықтандырылған қорғағыш қабыршақтары 40 жыл бойы ұтымды жұмыс істеп келеді. Екіншіден, 29 жер бетіндегі резервуарлар үшін қазіргі уақытта пайдаланып сақтауға, ол алғашқылардың бірі болып 0 жыл бұрын сақталған болып табылады [15].
Резервуар иелерімен жабдықталған терминалдар Technigaz түрлі курьерлер үшін өзінің қанағаттанарлығын білдірді. мысалы:
KOGAS: Біз, KOGAS, сіздерге айтуға қуаныштымыз, жер үсті Мембранды Танкілер Пхёнтхэк СПГ терминалдар ешқандай да бір смәселерерсіз 20 жыл шамасында пайдаланып келеді, егер СПГ температурасы толықсып кеткен жағдайда да резервуарлар -140 градус Цельсияда болады. Біз түсінеміз, жоғары қауіпсіз деңгейдегі SN TGZ өңделген танк есебімен, төзімділігі мен тұрақтылығы .
GAZ DE FRANCE: ... ELENGY мембранды резервуарлардың негізгі ішкі резервуарларына ешқандайда бір қызмет көрсетпей .. салыстырмалы мембранға сәйкес қызмет көрсете отырып өзгерісі модификациялық қажеттілікті жүргізді, содан оларда бұзылыс байқалмады. Біз айтқандай, біздің танктер пайдалануға сәйкес 2030 жылмен жоспарланған қаралымға сәйкес сақталады.
TOKYO ГАЗ: Біз жер асты резервуарды соқтық ол үшін ол үшін табиғи газды төмендетіп сақтауға НКК мембранасымен бірге лицензиясымен TGZ 1984 жылы болған болатын. Бұл танк тапсырыс бойынша қауіпсіз жұмыс істейтін. Біз бұл резервуарды пайдалану үшін қарастырмаймыз, және біздің комиссияны қысқарту үшін ешқандайда жоспарымыз жоқ. Біз жоспарлаймыз және СТГ сақтау үшін жер асты резервуарларды соғамыз, ол мембрандық өмір құрылымы үшін тексерісті қажет етеді. Одан басқа, қалған ресурстарды тексеру үшін нақты мембрандық негіз үшін сұйықтық деңгейінің өзгерісі мен нақты қысымның өзгеруімен негізделеді. Біз нақтылап, кеткендей бірнеше жүз жыл ағымына сәйкес жұмысты жалғастыруымызға болады [16].
Ti түрлендірілген GST анықталған компоненттері үшін жасалуы тиіс болатын, жеткізіп берушілердің тізімі, жинақы элементтер мен материалдар үшін техникалық сипаттама арқылы сақтау қамтамасыз етілетін. Бұл жалпы құжат құрамын ұсыну үшін барлығына көрсетілетін көмек барлық үшін көрсетілетін көмек ретінде қызықтырушы жақ мақсатымен Ti түрлендірілген GST функционалды және оларды бекітілген компанияларда пайдалану (материалдар мен жиынтық элементтер) СТГ үшін қорғағыш қабыршақ жүйесі толтырылатын бактың конструкциясымен жер бетінде базалау болып табылады [17].
Оның мақсаты қатысушы екі жақ арқылы ролін нақтылап білу (өндірстік және бекітілген үдеріс сапасымен жиіленеді). Кез келген құрама бөлік келісімін алғысы келетін және құрама бөлікті шешу үшін алғысы келетін компания, GST түріндегі жасау арқылы жеткізіп берушімен бекітілген сонымен танылған болуы тиіс. Керек деп шешкен жағдайда тиым салынған компаниялардың ақпараттық байланысы жалпы үлгімен қанағаттанарлық қажетке ие болып табылады (мысалы, кәсіпорынның өндірістік күші үшін құрыс тапсырыстарын қанағаттандырудағы қорғағыш қабыршақ болып табылады), GST ол бекіту үдерісін бастауы тиіс болатын. Құрылымдық спецификаға сәйкес жасалатын компаниялардың өндірістік шығыс үдерісі бекітілген болып табылады [18].
Бұл жеткізіп берушінің жауапкершілігі, арнайы сапада қолданылады және өндірістік үдерістердің мақсаты арқылы үнемі қамтамасыз етілетін бетпен, компонентті қайталап бекіту болып табылады. Бұл EPC жауапкершілігі
Сатушы (клиент), компаненттің сапа деңгейін бақылау үшін, ұсынудан алдын қолданып Ti түрлендірілген GST жүйесін жүргізе отырып қорғағыш қабыршақ жүйесімен жасалады.
GST ұтымды іс тәжірибесі мембрана жйесіне сәйкес бекітілген қатал бағдарламаға сәйкес ағымды бақылау резервуар әсерінен жүргізіледі. Көптеген сынамаларды жүргізу үшін соңғы эрекция жүйесін бекіту құрылымдық бетонның кнострукциясымен жасалады. Негізгі сынамалар төменде көрсетілген болып табылады [19].
Бұдан белгілеп кететін жайт,мына жағдайдағы 9% Ti толық типті қорғағыш қабыршақпен бұл алғашқы деңгейде орындалатыне гидростатикалық сынамасы жоқ, қорғағыш типтес қабаттан тұрады, ол дегеніміз жүйені ұстап тұрғанға дейінгі эрекциялар.
Вакуум қорабының тесты, TPS герметикасын тексеру үшін арналған.
NH3 (аммиак) тесты, мембранды піспе тігістерін герметикалығын тексеру үшін арналған.
Жахандық тесттер, қорғағыш қабыршақ жүйесі жахандық герметиканы тексеру үшін арналған [20].
2.1 Ti түрлендірілген GST жұқа қабықшаларындағы ауыстыру эффектісі
Ауыстыру эффектісінің негізгі сипаттамалары қарастырылатын болады. Өкінішке орай, ауыстыру эффектісі Ge-Sb-Te жүйесінің құрамында жеткілікті түрде тереңдетіліп зерттелмеген, сондықтан да төменде көрсетілген көптеген тәуелділіктер жоғары шыны қалыптастырушы қасиетпен Si12Te48As30Ge (STAG) құрамында 1960-1970 жылдары алынған болатын. Ge2Sb2Te2 (GST) құрамы үшін жасалған тәжірибелік тәуелділіктер бөлек келтірілетін болады [21].
Тәжірибелік қолданулар үшін ауыстыру эффектісі кері болып табылатыны маңызды. Егер болашақта кернеудің мәнін Vh (holding voltage-ұстап тұру кернеуі немесе кері ауысу кернеуі) минималды мәнінен азайтатын болса, онда құрылғы tr (recovery time) қалпына келтіру уақытында бастапқы жоғары омды күйіне жүктеменің сызық бойына қайта оралады. Қайтымдылықтың арқасында ағылшын әдебиетінде ауысу эффектісін жиі жағдайда қайтымды ойық деп атайды (reversible breakdown). Ауысу эффектісінің сипаттамаларының ең алғашқыларының бірін коломиец және т.б. зерттеді. Олар Fth шекті электрлік өріс тәуелділігін L қабыршақ қалыңдығына және Т0 қоршаған ортаның температурасына байланысты өлшеген. Сонымен қатар, ауысу эффектісінің уақыттық сипаттамаларын зерттеді.
Бұл бөлімде ауыстыру эффектісінің негізгі сипаттамалары қарастырылатын болады. Өкінішке орай, ауыстыру эффектісі Ge-Sb-Te жүйесінің құрамында жеткілікті түрде тереңдетіліп зерттелмеген, сондықтан да төменде көрсетілген көптеген тәуелділіктер жоғары шынықалыптастырушы қасиетпен Si12Te48As30Ge (STAG) құрамында 1960-1970 жылдары алынған
болатын. Ge2Sb2Te2 (GST) құрамы үшін жасалған тәжірибелік тәуелділіктер бөлек келтірілетін болады [22].
Қалыңдығы L болатын ХСП қабыршағын қарастырайық, оған V кернеу берілген. Егер бұл кернеу тура ауысу кернеуі деп аталатын Vth (threshold voltage) табалдырықты кернеуге тең болса, онда қандай да бір td (delay time) кідіру уақытынан кейін токтың жылдам өсуін бақылауға болады. Ол ток tswtd өзіндік ауысу уақытында болады, жоғарыомды күйден Ith тогымен және өткізу күйінде Ion тогымен келеді. (сурет 1). Токтың өзгеруі бірнеше ретке дейін жетуі мүмкін.
Кідіріс уақыты td қабыршақтың қалыңдығынан тәуелді және жұқа қабыршақтар үшін наносекундтан қалыңдығы бірнеше он микрон болатын жүздеген микросекундтарға өзгере алады. Одан өзге, кідіріс уақыты берілген кернеуді үлкейткен кезде өте жылдам төмендейді. tsw жеке ауысудың уақыты
Овшинский tsw 10-10 c бағалауына сәйкес өте аз [23].
Тәжірибелік қолданулар үшін ауыстыру эффектісі кері болып табылатыны маңызды. Егер болашақта кернеудің мәнін Vh (holding voltage-ұстап тұру кернеуі немесе кері ауысу кернеуі) минималды мәнінен азайтатын болса, онда құрылғы tr (recovery time) қалпына келтіру уақытында бастапқы жоғарыомды күйіне жүктеменің сызық бойына қайта оралады. Қайтымдылықтың арқасында ағылшын әдебиетінде ауысу эффектісін жиі жағдайда қайтымды ойық деп атайды (reversible breakdown). Ауысу эффектісінің сипаттамаларының ең алғашқыларының бірін Коломиец және т.б. зерттеді. Олар Fth шекті электрлік өріс тәуелділігін L қабыршақ қалыңдығына және Т0 қоршаған ортаның температурасына байланысты өлшеген. Сонымен қатар, ауысу эффектісінің уақыттық сипаттамаларын зерттеді [24].
Fth = VthL табалдырықты электрлік өріс өлшемінің L қабыршақ қалыңдығынан тәуелділігі 2-суретте келтірілген. Мәліметтер қалық қабыршақ аймағында (L 10 мкм) жылулық ойылу теориясымен жақсы сипатталады. ВС аймағында табалдырықты электрлік өріс Fth infinity L-0.5. Жылулық теорияда мұндай тәуелділік қабыршақтың барлық нүктелерінде температура бірдей болатынын көрсетеді.
Сурет 7 - Ауысу эффектісі [7]
Сурет 8 - Fth табалдырықты өрістің Ge-Si-As-Te жүйесінің L қабыршақ қалыңдығынан тәуелділігі [8]
Сурет 9 - Fth табалдырықты өрістің Ge-Si-As-Te жүйе құрамының L=300 мкм қабыршақ қалыңдығы үшін Т0 сыртқы температурадан тәуелділігі [9]
CD аймағында табалдырықты өріс Fth infinity L-1 қалыңдығына кері пропорционалды. Жылулық теорияда мұндай тәуелділік
Сурет 10 - Vth табалдырықты кернеудің Ge-Si-As-Te жүйе құрамының L=2 мкм қабыршақ қалыңдығы үшін Т0 сыртқы температурадан тәуелділігі [10]
Сурет 11 - Fth табалдырықты өрістің қалыңдығы L=50 нм GST қабыршағы үшін Т0 сыртқы температурадан тәуелділігі [11]
Қабыршақ температурасы z координатасынан тәуелді екенін білдіреді, ал ол координата қабыршақ жазықтығына перпендикуляр.
3-суретте Fth табалдырықты электрлік өрістің қалыңдығы L=300 мкм қабыршақ үшін Т0 сыртқы температурадан тәуелділігі келтірілген. Температурадан мықты тәуелділік қалың қабыршақтар үшін ауысу эффектісінің жылулық теориясы дұрыс екенін растайды. Бұл туралы келесі бөлімде қарастыратын болады [25].
Тәжірибелік көзқараспен қарағанда жұқа қабыршақтар жағдайы әлдеқайда қызығырақ. Бұл жағдайда Fth табалдырықты өріс қабыршақтың L қалыңдығынан тәуелді емес (сурет 2, АВ аймағы), ал Fth -ның сыртқы Т0 температурадан тәуелділігі қалың қабыршақтар жағдайымен салыстырғанда әлсіз болып келеді (сурет 4). Fth - ның температурадан және қалыңдықтан әлсіз тәуелділігі жұқа қабыршақтарда ауысу тек қана жылулық түрде болатынын растайды. Қазіргі уақытта жұқа қабыршақтардағы ауысу табиғатына байланысты екі көзқарас қалыптасты. Солардың біреуіне сәйкес, қалыңдық аймағында ауысу эффектісі тек электронды табиғатқа ие. Келесі көзқарас бойынша жұқа қабықшалар үшін электронды-жылулық теория дұрыс болып есептеледі. Алдында ауысу эффектісінің түрлі модельдерін жақсырақ қарастыратын боламыз. Ал одан кейін электронды-жылулық модель көрсетілетін болады, ол жерде теориялық түрде тәуелділіктердің мәліметтері есептелінетін болады. Осындай тәуелділіктер Ge2Sb2Te5 құрамының жұқа қабыршақтарында өлшенді. Сонымен қатар, табалдырықты электрлік өрістің қалыңдығы 50 нм болатын қабыршақ үшін температурадан тәуелділігі өлшенді (сурет 5) және табалдырықты өрістің қалыңдықтан тәуелділігі алынды (сурет 6). Бұл тәуелділіктер сапасы жағынан жоғарыда көрсетілген мәліметтермен сәйкес келетіні көрініп тұр [26].
7-суретте Vth табалдырықты кернеудің және Vh қолдау кернеуінің Ge-Si- As-Te құрамына арналған қабыршақ қалыңдығынан тәуелділіктері келтірілген.
0.2 мкм ретті сыни қалыңдық бар екені көрініп тұр, ол үшін S-тәрізді ВАС жоғалып кетеді.
Костылев көптеген тәжірибелік мәліметтерді жалпылап өтті және jth токтың табалдырықты тығыздығының L қабыршақ қалыңдығынан тәуелділігі jth
infinity L-1.4 тәуелділігімен жақсы сипатталатынын көрсетті (сурет 8).
Сурет 12 - Табалдырықты өрістің GST үшін қалыңдықтан тәуелділігі [12]
Сурет 13 - Vth тура ауысу кернеуінің және Vh кері ауысу кернеуінің L қабыршақ қалыңдығынан тәуелділігі [13]
Сурет 14 - Токтың табалдырықты тығыздығының ХШЖ қабыршақ қалыңдығынан тәуелділігі [14]
Сурет 15 - Шнурдағы токтың шнур радиусынан тәуелділігі [15]
S-тәрізді ВАС сы бар құрылымдағы токтың ағымын Ридли теориялық түрде зерттеді және ток бойынша біртекті шешімдер тұрақсыз болатынын көрсетті, материал токтың жоғарғы және төменгі тығыздық аймақтарына
бөлінеді және ток шнуры құралады. Петерсен және Адлер токтың өткізу күйіндегі ағынын тәжірибелік түрде зерттеді және Te39As36Si17Ge7P1 құрамындағы қабыршақта ток шнурының түзілуін бақылады. Олар түрлі әдістермен шнур радиусының үлгі арқылы толық токтан тәуелділігін өлшеді және шнурдағы ток тығыздығы тұрақты екенін анықтады, ол 104 Асм2. Ал толық токтың өзгерісі шнкр радиусының өзгерісімен байланысты (сурет 9) [27]. Коломийц және т.б. жұмысында ток шнурының ішіндегі температураны анықтай алды. Авторлар кернеу алынған соң үлгі кедергісінің қайта қалпына келу қисығын көре алды және қабыршақтың кедергісі R = R0exp( активациялық заң бойынша температурадан тәуелді екенін ұсынды. 10-сурет мәліметтері бойынша авторлар шнур температурасының уақыттан тәуелділігін орнатты және суу экспоненционалды заң бойынша болатынын көрсетті. Ал STAG құрамының жұқа қабыршағындағы шнур температурасы 500К, ол өткізу
күйіндегі уақыттан тәуелсіз (сурет 11).
Жұмыста STAG құрамындағы жұқа қабыршақтың ВАС жоғарыомды бұтақшалары өлшенді. Т0 сыртқы температураның мәні әртүрлі болды (сурет 12). Және ол жұмыста барлық ВАС - да токтың кернеуден экспоненциалды тәуелділік аймағы бақыланады. Осыған негізделе отырып ВАС-ны феноменологикалық түрде сипаттау ұсынылды:
I=I0exp(-(ΔTT)+VV0))
(1)
Сурет 16 - Кернеуді алғаннан кейінгі өткізуші күйде түрлі ұзақтықтар кезіндегі ХСП жұқа қабыршық кедергісінің қалпына келу
қисықтары [16]
Сурет 17 - Шнур температурасының уақыттан тәуелділігі:
1-өткізгіш күйдегі 20 нс-тан кейін, 2-50нс, 3-500нс, 4-10мкс [17]
Сурет 18 - Қалыңдығы 1.2 мкм STAG құрамы қабыршағының ВАС.Т0 температурасы қисықтардың жанында көрсетілген [18]
Сурет 19 - Өткізгіш активациясы энергиясының электрлік өткізгіштен
тәуелділігі [19]
Тәуелділік (1) формуласына ұқсас,Ge2Sb2Te5 құрамында тәжірибелік түрде бақыланды (сурет 13).
Ауысу эффектісінің уақыттық сипаттамалары жұмыстарында зерттелген. td ауысудың кідіріс уақытының қабыршақ қалыңдығынан (сурет 14) және VVth артық кернеу өлшемінен (сурет 15) тәуелділігі өлшенді. Осыған ұқсас тәуелділіктер Ge20As30Te50 және Si10Ge7As43Te37P3 құрамы қабыршағында жұмыста алынған (сурет 16) [28].
Сурет 20 - Ge-Si-As-Te құрамы үшін және де Ge20As30Te50 және Si10Ge7As43Te37P3 [66] құрамдары үшін td уақыт кідірісінің L қабыршақ
қалыңдығынан тәуелділігі [20]
Сурет 21 - Уақыт кідірісінің Ge-Si-As-Te жүйесінің құрамы үшін аса кернеуден тәуелділігі [21]
Сурет 22 - Қалыңдығы 6.8 мкм Ge20As30Te50 қабыршағы үшін кідіріс уақытынын аса кернеуден тәуелділігі [22]
Жұмыста td кідіріс уақытының экспоненциалды тәуелділігі қалыңдығы 90 нм Ge2Sb2Te4 құрамы қабыршақтарында бақыланды (сурет 17).
Осы бөлімде келтірілген заңдылықтар ВАС-тың температуралық тәуелділігін қоса (сурет 12) және табалдырықты сипаттамалардың тәуелділіктерін жады және ауысу эффектілердің теориясы түсіндіру керек. Сонымен қоса ВАС-тың бейсызық аймағындағы және омдық мәліметтері түсіндірілу керек [29].
Сурет 23 - GeSb2Te4 үшін кідіріс уақытының кернеуден тәуелділігі [23]
1.3 Өзгермелі фазалық жағдайға ие болып келетін жады эффектісінің сипаттамалары
Енді өзгермелі фазалық жағдайға ие болып келетін (Change Memory, PCM) заманауи жады элементтерінің сипаттамаларын қарастырайық. Сонымен қатар неге енді ғана ХШЖ негізіндегі коммерциялық элементтерге қол жеткендігі туралы талқылайық. Фазалық жады энергияға тәуелсіз жадылар қатарына жатады, сондықтан да біз қазір кең тарап келе жатқан флэш-жадылы РСМ сипаттамаларын салыстыратын боламыз. Қазіргі кезде РСМ-нің негізгі қолданыс аясы жазбалар мен оқылымдардың және қайта жазудағы цикл санының жылдамдығын арттыру болып табылады. NAND (Not AND) типіндегі флэш жады ақпарат жазудағы үлкен тығыздыққа ие, сондықтан да мұндай жадылар РСМ-ге қарағанда арзандау. РСМ қолданысы және мүмкіндіктері әдебиетте толық қарастырылған [30].
Кез-келген жады құрылғысының негізгі сипаттамасы оның бағасы мен жадысының көлемі болады. аталған параметр ең бірінші кезекте ақпарат жазу тығыздығымен, жадысының ұяшық санымен және бір ұяшықта жазылған ақпараттың бит санымен анықталады.
NAND типіндегі флэш-жады 4F1 сипаттамалық ұяшық көлеміне ие болып келеді, мұндағы F1 - минималды бөлшектердің көлемі, ол технологиялық процессор арқылы (техпроцессор) анықталады. Әр ұяшықта 4 бит ақпаратқа дейін сақталған болуы мүмкін. Ал зарядты қақпаншасы бар балқымалы бекітпе NAND типіндегі флэш-жадыны 22-нанометрлі техпроцессордан өткізуге мүмкіндік береді. Сондықтан да қазір NAND типіндегі флэш-жады 10 F2 деңгейлі көлемге ие, ол туннельдік селдірлік пен заряд ағынына байланысты. Мұндай ақпарат жазу тығыздығы РСМ технологиясы үшін қолжетімді [31].
РСМ ұяшықтар көлемінің азаю потенциалына ие. ХШЖ-ға ақпарат жазудың максималды мүмкіндіктері көптеген еңбектерде зерттелді. Жұмыста
GST ультражұқа қабыршаққа көлемі 2 нм болатын кристаллизация қарастырылған, ал жұмыста зондты м икроскоп көмегімен облыстың сипаттамалық аймағын 20 нм-ге дейін азайтуға қол жеткізілді. Сонымен қатар осы жұмыста жазба тығыздығын 2 есеге дейін үлкейтуге жол ашатын жазбаның импульстік өлшемі (жазба стратегиясы) және оптималды бірізділігі есептедінді. Қазіргі таңда РСМ технологиясын енгізудегі негізгі мәселе заманауи фазалық жадының ұяшықтарындағы ток тығыздығы 107Асм2 - қа тең. Сондай-
ақ жады ұяшықтарындағы селектордар болып табылатын диодтар мен транзисторлардағы максималды ток мәні ондаған есе кіші. Осы себепке байланысты РСМ заманауи құрылғыларында активті бөлік кристаллдың 10 пайызынан артық орынды алмайды. Бұл мәселені шешудің бірнеше жолы бар, ең мүмкіндігі жоғары шешімдердің бірі - ХШЖ құрамындағы селектор негізінде ауысуды қолдану (ovonic threshold switch) болып табылады. Электрод аймағын және ток тығыздығын төмендету үшін шеткі байланысы бар ұяшықтарды қолдануға болады [32].
Ақпарат тығыздығын үлкейту үшін бір ұяшыққа бірнеше бит ақпаратты жазады. Аморфтық және кристалдық фазалар арасындағы салыстырмалы кедергі РСМ-нің көпдеңгейлі мүмкіндігін ашуға жол береді. Қазіргі таңда мұндай ұяшықтарды жасаудың бірнеше әдісі бар. Олардың арасында ең қарапайымы - жазатын импульстарды жоғарыдағы рет бойынша таңдау, бұл материалды бөлшектеп кристалдауға жол ашады. Бірақ өтпелі жағдай ұяшықтар параметрлеріне өте сезімтал болып келеді, осының нәтижесінде түрлі ұяшықтардағы кедергі деңгейлер бойынша өзара ерекшеленуі мүмкін. жұмыста өтпелі жағдайдағы бірдей кедергілер тек қана импульсті жазатын параметрлер әр ұяшыққа арнайы таңдалып алынғанда ғана жүзеге асқан [33].
Жұмыста Ge15Sb85Se0.8 құрамында қызықты нәтижелер алынды. Мұнда Ge15Sb85 құрамына аз көлемде Se қосу арқылы кедергі бойынша үшке анық бөлінетін материал алынады. Өтпелі жағдай материалдың бөлшектеніп кристалдануымен байланысты, сонымен қатар ол жоғары температуралы кристалдық фаза секілді кристалдық құрылымға ие болып келеді.
Көп деңгейлі ұяшықтар жасаудың тағы бір әдісі кристализацияның түрлі температурасындағы ХШЖ-ның бірнеше қабатын қолдану болып табылады. жұмыста жады ұяшықтарының үлгісі жасалған, ол GeTe және Sb2Te3 қабаттарынан тұрады. Сонымен қатар мұнда электрлік импульс пен жарық көмегінің арқасында үш түрлі жағдайдағы ұяшықтар арасында ауысу құрастырылған [34].
Жұмыста GST қабыршақтары және TiO-ң немесе Wox өте жұқа қабаттарынан тұратын жады ұяшықтары кедергі бойынша үш түрде қарастырылған. Мұндай жады ұяшықтарының жұмыс принципі РСМ және резистивті жадының (RRAM) синтезімен түсіндіріледі. Соңғысы жоғары кернеу әсерінен өткізгіш каналдың қалыптасуы негізіндегі диэлектриктер қабыршақтарын өңдеуге негізделген.
Көптеген практикалық қолданыстар үшін жадының жады көлемі емес, құрылғының жұмыс жылдамдығы да өте маңызды. Бұл РСМ-да флэш-жады бірнеше деңгейге асып түседі және DRAM (Dynamic Rondom Access Memory)
негізіндегі оперативті жадыға жақындай түседі. РСМ жұмысының жылдамдығы ең бірінші кезекте жазба импульсінің ұзақтығы арқылы анықталады. Жұмыстарда жазылып жатқан импульс жылдамдығын 10 нс-ке, тіпті, одан төмен мәнге түсіруге қол жеткізілген, жұмыста аморфизацияның арнайы жағдайында жазба импульсінің жылдамдығын 1 нс-ке дейін төмендетуге мүмкіндік туды. Бірақ экстремалды мәндер токтың жоғары тығыздығының себебінен алынады, сондықтан да импульс жазу ұзақтығы реалды жады элементтерінде 50-ден бірнеше жүз наносекундқа дейін барады [35].
Құрылғының ең негізгі параметрі қайта жазбалар циклінің немесе ұзақтығының (endurance) максималды саны болып табылады. Жұмыста бөлінген энергия ХШЖ мен электрод арасындағы интерфейсті бұзғандықтан ұяшық жұмысының ұзақтылығы өшіру импульсіне кері пропорционал екендігі көрсетілген (25-сурет). Қазір жады элементтерінің қайта жазу циклі 108 - ін құрайды [36].
Cурет 24 - Ұяшық жұмысының циклінің өшіру импульсінің энергиясына
тәуелділігі [24]
Бұдан да жоғары жетістіктерге жекелеген жады ұяшықтары арқылы қол жеткізуге болады. Жұмыста ұяшық өшіру импульсінің ұзақтығы кезінде 1010 циклға дейін өздігінен жұмыс жасай алатындығы, ал ол 10 нс екендігі көрсетілген. Ал, жұмыста қайта жазу циклінің мәнін 1012-не жеткізуге мүмкіндік алдық.
РСМ ұяшықтарының ұзақ жұмысына фаза құлау процесі өз әсерін тигізуі мүмкін. Жұмыстар осы бағыт бойынша жасалынған. Дифференциалды сканерлеуші калориметрлердің көмегімен эндотермиялық пиктың GST қабыршақтарының құрамы 4000С температурада көрсетілген. Ал оның пайда болуын аталған еңбектің авторлары фаза құлауымен байланыстырады [37].
РСМ ұяшықтарының типі: а - классикалық ұяшық; b - pore-like cеll, с - сақиналы
электроды бар ұяшық.
Сурет 25 - Қара түспен активті облыс аумағы көрсетілген [25]
Қазіргі кезде жады ұяшықтарының сипаттамаларын жақсартуға күш салынып жатыр. Соның ішінде ең бірінші кезекте ұяшық геометриясының тиімділігі мен ХШЖ құрамы тұр. Анағұрлым қарапайым жады ұяшығы ХШЖ қабатынан және ағылшын әдебиеттерінде қыздырушы деп аталатын төменгі электродтардан тұрады (heater) (26а-сурет). Қабыршақтың жоғарғы бөлігіне металдық электродты қондырады, ол ұяшыққа ток келгенде пайда болатын жылуды өте тиімді бөледі. Төмендегі ХШЖ -да температура өткізгіштігі төмен болатын диэлектрик көрсетілген. Сондықтан да жазба кезінде ең жо,ары мәндегі максималды қызу мен кристалдану төменгі электродпен шектесетін шекте жүзеге асады. Бірақ ұяшықтардың мұндай геометриясында джоуль жылу бөлетін белгілі бөлік электодты қыздыруға жұмсалады, сондықтан да жұмыста ХШЖ-ң жұқа бағаншасы ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz