Notes on the interpretation of conductivity measurement results of GST-based PCM structures in reset state with respect to the origin of conductivity drift

• Autorzy: Pluciński Kazimierz J.

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2023.12.12

Warianty tytułu

PL

Uwagi dotyczące interpretacji wyników pomiarów konduktywności struktur PCM na bazie GST w stanie reset w odniesieniu do pochodzenia dryfu konduktywności

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The conductivity drift of GST (Ge2Sb2Te5)-based PCM (Phase Change Memory) structures in the reset state hinders the development of multi-level PCM memories and their applications. Despite intensive research, the origin of this drift remains unclear. The results presented here of analysis, based on the JMAK and Maxwell-Wagner models, indicate that the current interpretation of the results of conductivity measurements of GST-based PCM structures in the reset state may cause ambiguity in determining the origin of the conductivity drift of these structures in this state.

PL

Dryf konduktywności struktur pamięci zmiennofazowych (PCM--Phase Change Memory) formowanych na bazie GST (Ge2Sb2Te5) w stanie reset utrudnia rozwój wielopoziomowych pamięci PCM i ich zastosowań. Pomimo intensywnych badań pochodzenie tego dryfu pozostaje niejasne. Przedstawione wyniki analizy na przykładzie modeli JMAK i Maxwella-Wagnera wskazują, że aktualna interpretacja wyników pomiarów konduktywności tych struktur może przyczyniać się do niejednoznaczności w określaniu pochodzenia dryfu ich konduktywności w tym stanie.

Słowa kluczowe

EN

conductivity drift; chalcogenide; Ge-Sb-Te material; phase change memory

PL

dryf konduktywności; chalkogenki; materiał Ge-Sb-Te; pamięć zmiennofazowa

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2023
• Tom: R. 99, nr 12
• Strony: 70--/3
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., rys.

Twórcy

autor

Pluciński Kazimierz J.

• Wojskowa Akademia Techniczna, Wydział Elektroniki, ul, Kaliskiego 2, 00-908 Warszawa

• https://orcid.org/0000-0001-9353-3786

Bibliografia

• [1] Le Gallo M. and Sebastian A., Topical Review: An overview of phase-change memory device physics, J. Phys. D Appl. Phys., 53 (2020), No. 21, 213002 (27 pp)
• [2] Redaelli A., Editor, “Phase Change Memory - Device Physics, Reliability and Applications”, Ch. 2: Ielmini D., “Electrical Transport in Crystalline and Amorphous Chalcogenide”; Ch.5: Gleixner R., “PCM Main Reliability Features”, (New York: Springer - 2018)
• [3] Ielmini D., Lavizzari S., Sharma D., and Lacaita A.L., Physical interpretation, modeling and impact on phase change memory (PCM) reliability of resistance drift due to chalcogenide structural relaxation, Tech. Dig. – Int. Electron Devices Meet., 939-942 (IEDM-2007)
• [4] Im J., Cho E., Kim D., Horii H., Ihm J., Han S., A microscopic model for resistance drift in amorphous Ge2Sb2Te5, Curr.Appl.Phys., 11(2011), No. 2-sup, e82-e84
• [5] Zhang W. and Ma E., Unveiling the structural origin to control resistance drift in phase-change memory materials, Materials Today, 41 (2020), No. Dec.,156-176
• [6] Boniardi M., Redaelli A., Pirovano A., Tortorelli I., Ielmini D., and Pellizzer F., A physics-based model of electrical conduction decrease with time in amorphous Ge2Sb2Te5, J. Appl. Phys., 105 (2009),No. 8, 084506(5 pp)
• [7] Noé P. et al., Phase-change materials for non-volatile memory devices: from technological challenges to materials science issues, Semicond. Sci. Technol., 33 (2018), No. 1, 013002(32 pp)
• [8] Sebastian A., Le Gallo M., Burr G.W., Kim S., BrightSky M., and Eleftheriou E., Tutorial: Brain-inspired computing using phase-change memory devices, J. Appl. Phys., 124 (2018), No.11, 111101(1)-111101(15)
• [9] Zhang W., Mazzarello R, Wuttig M. and Ma E., Designing crystallization in phase-change materials for universal memory and neuro-inspired computing, Nat. Rev. Mater., 4 (2019), No. 3, 150-168
• [10] Le Gallo M., Krebs D., Zipoli F., Salinga M., and Sebastian A., Collective Structural Relaxation in Phase-Change Memory Devices, Adv. Electron. Mater., 4 (2018), No. 9, 1700627(13 pp)
• [11] Elliott S.R., Electronic mechanism for resistance drift in phase change memory materials: link to persistent photoconductivity, J. Phys. D Appl. Phys., 53(2020), No. 21, 214002 (7 pp)
• [12] Im J., Cho E., Kim D., Horii H., Ihm J. and Han S., Effects of pressure on atomic and electronic structure and crystallization dynamics of amorphous Ge2Sb2Te5, Phys. Rev., B 81 (2010), No. 24, 245211(5 pp)
• [13] Karpov I.V. et al., Fundamental drift of parameters in chalcogenide phase change memory, J. Appl. Phys., 102(2007), No. 12, 124503(6 pp)
• [14] Fantini P., Brazzelli S., Cazzini E., and Mani A., Band gap widening with time induced by structural relaxation in amorphous Ge2Sb2Te5 films, Appl. Phys. Lett., 100 (2012), No. 1, 013505(4 pp)
• [15] Bruggeman D.A.G., Berechnung verschiedener physikalischer Constanten von heterogenen Substanzen, Ann. Phys., 416 (1935), No. 7, 636-664
• [16] Macdonald J.R., Editor, “Impedance Spectroscopy”, Wiley, New York, 1987
• [17] Gonzalez-Hernandez J.et al., Amorphous-to-crystalline phase transition, J. Vac. Sci. Technol., A 19 (2001), No. 4, 1623- 1629
• [18] Senkader S. and Wright C.D., Models for phase-change of Ge2Sb2Te5 in optical and electrical memory devices, J. Appl. Phys., 95 (2004), No. 2, 504-511
• [19] Blanc W. et al., The past, present and future of photonic glasses: A review in homage to the United Nations International Year of glass 2022, Progress in Materials Science, 134 (2023), No. April, 101084(70 pp)
• [20] Jin O., Shang Y, Huang X, Szabó D.V., Le T.T., Wagner S, Klassen T, Kübel Ch., Pistidda C, and Pundt A, Transformation Kinetics of LiBH4–MgH2 for Hydrogen Storage, Molecules, 27 (2022), No. 20, 7005 (15 pp)
• [21] Blázquez J.S., Romero F.J., Conde C.F, and Conde A., A Review of Different Models Derived from Classical Kolmogorov, Johnson and Mehl, and Avrami (KJMA) Theory to Recover Physical Meaning in Solid-State Transformations, Phys. Status Solidi B, 259 (2022), No. 6, 2100524(21 pp)
• [22] Redaelli A., Editor, “Phase Change Memory - Device Physics, Reliability and Applications” Ch. 4: A. Redaelli “Self-Consistent Numerical Model” (New York: Springer - 2018)
• [23] Ielmini D. and Boniardi M., Common signature of many-body thermal excitation in structural relaxation and crystallization of chalcogenide glasses, Appl. Phys. Lett., 94 (2009), No. 9, 091906(3 pp)
• [24] Russo U., Ielmini D., Redaelli A., and Lacaita A.L., Intrinsic data retention in nanoscaled phase-change memories - Part I: Monte Carlo model for crystallization and percolation, IEEE Trans. Electron Dev., 53(2006), No.12, 3032-3039
• [25] Russo U., Ielmini D., and Lacaita A.L., Analytical modeling of chalcogenide crystallization for PCM data-retention extrapolation, IEEE Trans. Electron Dev., 54(2007), No.10, 2769-2777

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr POPUL/SP/0154/2024/02 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki II" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2025).