Les Matériaux Chalcogénures pour les Futures Générations des Mémoires à Changement de Phase

Chalcogenide Materials for Next Generation of Phase-Change Memory

• Auteur / Autrice : Oumaima Daoudi
• Direction : Hubert Renevier, Emmanuel Nolot
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Physique des matériaux
• Date : Inscription en doctorat le 20/12/2021
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Electronique et de Technologie de l'Information (LETI)

Mots clés

Mots clés libres

Pcm

Mémoires à changement de phase

Chalcogenures

Chalcogenide

Pcm

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Résumé

L'objectif principal de la thèse est d'explorer, par des analyses physico-chimiques, des matériaux chalcogénures innovants à base de germanium (Ge), d'antimoine (Sb) et de tellure (Te), en vue de les optimiser pour leur intégration dans la prochaine génération de la technologie de mémoire à changement de phase (PCM). En particulier, l'accent est mis sur les matériaux riches en germanium, tels que le GeSbTe, déjà utilisés dans les dispositifs PCM de pointe. Ils pourraient rencontrer des problèmes de fiabilité, notamment dans des environnements à haute température, liés à des phénomènes de ségrégation dépendant probablement des interfaces et de la stœchiométrie. De plus, la teneur élevée en germanium entraîne des phénomènes importants de relaxation structurelle induisant la 'dérive' de l'état de basse résistance (c'est-à-dire la phase cristalline ou l'état 'SET' du dispositif). Tout au long de la thèse, nous utiliserons différentes techniques de caractérisation, notamment la diffraction des rayons X (XRD), les spectroscopies infrarouge (FTIR) et Raman, pour aborder les deux principaux objectifs de notre travail : - L'analyse des phénomènes de ségrégation de phase et de cristallisation dans les couches riches en germanium du GeSbTe et leur dépendance à des paramètres importants tels que la stœchiométrie du matériau, le dopage (c'est-à-dire l'azote) et les différentes interfaces (c'est-à-dire les diélectriques d'encapsulation et les couches métalliques). - L'exploration de nouvelles stœchiométries du GeSbTe et de structures multicouches, en particulier pour entraver/mitiger les phénomènes de relaxation structurelle de l'état SET dans le dispositif et réduire la variabilité d'un dispositif à l'autre.

The main objective of the thesis is to investigate, through physico-chemical analyses, innovative chalcogenide materials based on germanium (Ge), antimony (Sb), and tellurium (Te) with the aim of optimizing their integration into the next generation of Phase Change Memory (PCM) technology. Specifically, the primary focus is on Ge-rich GeSbTe materials already employed in state-of-the-art PCM devices. However, these materials may encounter reliability issues, particularly in high-temperature environments, due to segregation phenomena likely dependent on interfaces and stoichiometry. Furthermore, the high Ge content leads to significant structural relaxation phenomena inducing the so-called 'drift' of the low-resistance state (i.e., crystalline phase or 'SET' state of the device). Throughout the thesis, various characterization techniques, including X-ray diffraction (XRD), infrared (FTIR), and Raman spectroscopies, will be employed to address the two main objectives of the research: - Analyzing phase segregation and crystallization phenomena in Ge-rich GeSbTe layers and their dependency on critical parameters such as material stoichiometry, doping (i.e., Nitrogen), and different interfaces (i.e., encapsulation dielectrics and metallic layers). - Investigating new GeSbTe stoichiometries and multilayered structures, particularly to hinder/mitigate the structural relaxation phenomena of the SET state in the device and reduce device-to-device variability.