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低しきい値電圧で耐久性のあるオボニックスレッショルドセレクターのためのGeSe薄膜の原子層堆積
Atomic Layer Deposition of GeSe Thin Films for Endurable Ovonic Threshold Selectors with a Low Threshold Voltage.
PMID: 32345012 DOI: 10.1021/acsami.0c03747.
抄録
アモルファスカルコゲナイド材料をベースとしたオボニックスレッショルドスイッチ（OTS）は、高い選択性と高速スイッチング速度を含むいくつかの望ましい特性を有しており、ランダムアクセスメモリ用の1セレクタ-1抵抗（1S-1R）クロスバーアレイ（CBA）の製造を可能にします。数あるカルコゲナイド系材料の中でも、GeSeは高い選択性と強いガラス形成能力を持ち、環境に優しくシンプルな二元系組成であることが特徴である。本報告では、Ge(N(Si(CH)))と((CH)Si)Seを用いた原子層堆積法(ALD)によりGeSe薄膜を成膜し、3次元垂直型相変化メモリへの応用を想定した。基板温度70〜160℃で高コンフォーマルなGeSe膜を得ることができた。Ge中間体を含むユニークな成膜機構により、Ge-Se膜の組成を5:5から7:3に調整する方法を提供した。その結果、組成に応じて1.2から1.4Vまでの低い閾値電圧が観測された。また、10ハーフバイアスの非線形性を持つGeSe組成では、10回以上のサイクル耐久性が得られた。本研究は、GeSbTe相変化材料のALD技術と組み合わせた場合の垂直型1S-1Rアレイの将来の開発のための基礎を提示するものである。
An ovonic threshold switch (OTS) based on amorphous chalcogenide materials possesses several desirable characteristics, including high selectivity and fast switching speed, enabling the fabrication of one selector-one resistor (1S-1R) crossbar array (CBA) for random access memory. Among the several chalcogenide materials, GeSe offers high selectivity and a strong glass-forming ability with environment-friendly, simple binary composition. In this report, the GeSe thin films were deposited via atomic layer deposition (ALD) using Ge(N(Si(CH))) and ((CH)Si)Se for its envisioned application in fabricating three-dimensional vertical-type phase-change memory. Highly conformal GeSe films were obtained at a substrate temperature ranging from 70 to 160 °C. The unique deposition mechanism that involves Ge intermediates provided a way to modulate the composition of the Ge-Se films from 5:5 to 7:3. Low threshold voltages ranging from 1.2 to 1.4 V were observed depending on the composition. A cycling endurance of more than 10 was achieved with the GeSe composition with 10 half-bias nonlinearity. This work presents the foundations for the future development of vertical-type 1S-1R arrays when combined with the ALD technique for GeSbTe phase-change materials.