Исследование процессов кристаллизации и аморфизации тонких пленок материала фазовой памяти Ge2Sb2Te5 под воздействием импульсного наносекундного лазерного излучения

В существующих интегральных микросхемах (ИС) быстродействие элемента памяти зависит от времени задержек в RC-цепи (традиционные электронные ИС) или от времени, за которое совершаются оптоэлектронные преобразования (современные оптоэлектронные ИС), в то время как быстродействие элемента памяти в полностью оптической ИС теоретически ограничивается только скоростью распространения излучения в материале тонкопленочного волновода и частотой генерации оптического сигнала. Полностью оптическая память может быть реализована на основе материала фазовой памяти (РСМ) Ge2Sb2Te5, активно применяющегося для разработки и создания оптических устройств хранения информации. Существующие проблемы фундаментальных исследований в области создания интегральных оптических РСМ-устройств, а именно разногласия в отношении механизмов протекания фазовых превращений и малоизученность связанных с ними структурных особенностей, препятствуют оптимизации технологии создания элементов фазовой памяти. Кроме того, важное практическое значение имеют параметры облучения, поэтому отсутствие единого мнения относительно оптимальных значений плотности и минимальной длительности излучения также замедляет развитие данной технологии. Таким образом, технология создания интегральных энергонезависимых оптических РСМ-устройств требует более детального изучения и представляет большой интерес для дальнейших фундаментальных исследований. Целью данной работы является исследование особенностей процессов кристаллизации и аморфизации тонких пленок материала фазовой памяти Ge2Sb2Te5 под воздействием импульсного наносекундного лазерного излучения. В ходе проведения данной работы были исследованы процессы кристаллизации и аморфизации, протекающие в тонких пленках Ge2Sb2Te5 вследствие облучения наносекундными лазерными импульсами; исследовано влияние лазерного излучения на морфологию поверхности тонких пленок Ge2Sb2Te5; сформулированы особенности процессов кристаллизации и реаморфизации исследуемого материала вследствие лазерного воздействия и термообработки; исследованы структурные особенности тонких пленок Ge2Sb2Te5 методом комбинационного рассеяния света. Исследования проводились совместно с сотрудниками института ПМТ и ЦКП НИУ «МИЭТ», РГРТУ, МГУ им Ломоносова и ИОНХ РАН. Во время проведения экспериментов особое внимание уделялось технике безопасности и охране труда. Результаты работы были представлены на IX и X Всероссийской школе-семинар студентов, аспирантов и молодых ученых «Диагностика наноматериалов и наноструктур» (2017 и 2018 гг.), на 24-ой и 25-ой Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов «Радиоэлектроника, электротехника и энергетика» и удостоены дипломом I степени (2018 и 2019 гг.) и на 26-ой Всероссийской межвузовской научно-технической конференции «Микроэлектроника и информатика – 2019» и удостоены дипломом I степени (2019 г.). Результаты данной работы представляют не только научный интерес, но и носят важный прикладной характер, являются достоверными и независимыми; юридические и этические права коммерческих организаций не нарушены. Результаты исследований были опубликованы в следующих научно-технических журналах: 1. P. Lazarenko, M. Savelyev, A. Sherchenkov, A. Gerasimenko, S. Kozyukhin, V. Glukhenkaya, A. Polokhin, Y. Shaman, A. Vinogradov: Peculiarities of crystallization process for Ge2Sb2Te5 thin films by nanosecond single laser pulse // Chalcogenide Letters. – 2018. – Vol. 15. – P. 25-33. 2. Kozyukhin S.A., Lazarenko P.I., Vorobyov Y.V., Savelyev M.S., Polokhin A.A., Glukhenkaya V.B., Sherchenkov A.A., Gerasimenko A.Y. Laser-induced modification of amorphous GST225 phase change materials // Matériaux&Techniques. – 2018. – P. 6. – doi.org/10.1051/mattech/2019008. Исследования, проведенные в данной работе, могу применяться для оптимизации технологии создания быстродействующих энергонезависимых оптических элементов фазовой памяти. Даная технология может быть внедрена в производство цифровых сенсорных систем в НИУ «МИЭТ» в рамках проектов «НТИ «Сенсорика».