Crystalline phase-change materials : disorder, medium-range order and electrical switching

Merkelbach, Philipp Johannes; Wuttig, Matthias

doi:31522

Crystalline phase-change materials : disorder, medium-range order and electrical switching = Kristalline Phasenwechselmaterialien : Unordnung, mittelreichweitige Ordnung und elektrisches Schalten

Merkelbach, Philipp Johannes (Author)

2011 & 2012

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Philipp Johannes Merkelbach

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2011

UmfangGetr. Zählung : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2011

Zsfassung in dt. und engl. Sprache. - Prüfungsjahr: 2011. - Publikationsjahr: 2012

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Wuttig, Matthias (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2011-11-25

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-38638
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/82665/files/3863.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Phase-Change-Technologie (Genormte SW) ; Anderson-Lokalisation (Genormte SW) ; Neutronenbeugung (Genormte SW) ; Speicher <Informatik> (Genormte SW) ; Strukturaufklärung (Genormte SW) ; Physik (frei) ; phase-change-technology (frei) ; Anderson localisation (frei) ; neutron scattering (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 530
pacs: 61.05.F- * 72.80.Ng * 72.20.Ee * 61.46.Hk * 72.15.Rn

Kurzfassung
Diese Arbeit beschäftigt sich in ihrem Fokus mit der kristallinen Phase von Phasenwechselmaterialien. Die kristalline Phase hat einen ungewöhnlich hohen Grad an Unordnung und ist durch einen besonderen Bindungsmechanismus, der Resonanzbindung, gekennzeichnet. Der Grad der Unordnung in der kristallinen Phase ist vergleichbar mit dem Grad an Unordnung von amorphen Metallen. Insbesondere kann die Änderung des spezifischen Widerstands mit der Anlasstemperatur mit einer unordnungsinduzierten Ladungsträgerlokalisierung verknüpft werden. Da Unordnung eine entscheidende Rolle spielt, werden die strukturellen Eigenschaften von kristallinen Phasenwechselmaterialien und deren Verzerrungen im kurz- und mittelreichweitigen Bereich detailliert betrachtet. Neutronen Paarkorrelation Funktions Messungen an der kristallinen Phase werden hierfür analysiert und diskutiert. Um dies abzurunden und einen anwendungsorientiertere Perspektive zu bieten, werden Ideen für zukünftige Generationen von Phasenwechselspeicher auf Basis von unordnungsinduzierten Ladungsträgerlokalisierung präsentiert. Daneben wird die Herstellung und Charakterisierung von Phasewechselspeicherzellen untersucht. Bei der Charakterisierung der Speicherzellen werden die Grenzen der Schaltgeschwindigkeit getestet.

In this study the focus lies on the crystalline phase of phase-change materials. The crystalline phase has an exceptional high degree of disorder and is characterized by a unique bonding mechanism, resonant bonding. The degree of disorder in the crystalline phase is comparable with the degree of disorder found in amorphous metals. As the resistivity of crystalline phase will be analyzed, it will be shown that the conduction mechanism is governed by disorder. Especially the annealing dependency of the resistivity can be correlated to a disorder induced localization of the charge carriers. As disorder plays a decisive role for the resistivity, the structural properties of crystalline phase-change materials and distortions in the short to medium range order are studied in detail. To analyze the degree of disorder neutron pair distribution measurements of crystalline phase change materials will be analyzed and discussed. To round this up and give a more device oriented perspective, ideas for future generation phase-change memory technologies based on disorder induced localization will be presented. Along with this, the preparation and characterization of current state-of-the-art phase change memory cells is investigated. In this phase-change memory characterization, the limits of the switching speed are tested.

Fulltext:
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