论文部分内容阅读
信息技术与国计民生息息相关，随着技术的进步，相变光存储的重要地位日益显现。这些年尽管相变光存储器发展很快，但由于相变是纳秒级的快速转化过程，人们对相变材料相变机理的认识仍很模糊，实验数据较缺乏，且与理论计算结果不统一。因此对Ge2Sb2Te5(GST)及新型相变材料的相变机理仍需深入研究，这不仅能够提供相变材料的相变过程，并且通过对相变过程认识的提升可以优化相变材料和促进新型高性能相变材料的研发。本课题采用磁控溅射法制备符合化学计量比的GST薄膜，选取不同脉宽激光辐照GST非晶薄膜相变作为主要研究内容，然后通过调节激光能量参数和薄膜厚度，在所制备的薄膜上进行辐照研究。 在用脉宽为30ns的KrF准分子激光辐照80nm和30nm非晶GST膜的试验中，得到的结晶形态用电子衍射(SEAD)和透射电子显微镜(TEM)进行了表征。首先对形成的不同结晶形貌进行了分析，发现在80nm厚的薄膜上可形成板状晶粒和球形晶粒，然而在30nm厚的薄膜上却只有板状晶粒，分析了薄膜厚度对结晶形态的影响。其次总结了80nm厚薄膜上形成的晶粒尺寸和激光能量密度之间的关系。最后基于结晶开始温度和加热温度的关系构造了一个结晶过程模型，通过这一模型阐明了固相结晶和熔融冷却结晶的发生和发展，同时统一了静态条件和激光诱导条件下的晶化过程。 在用脉宽为15ps的Nd:YVO4激光辐照非晶的GST薄膜的试验中，得到的形貌和结晶相的特征用三维表面形貌仪(3D Surface Profiler)，原子力显微镜(AFM)，选区电子衍射(SAED)和透射电子显微镜(TEM)进行了表征。经过对辐照形成的形貌的分析，发现高能量激光辐照GST薄膜的光斑区域可被分为强烧蚀区，弱烧蚀区，熔化区和辐照区。通过理论计算，烧蚀和熔化阈值分别被确定为173.05mJcm-2和99.19mJcm-2。之后进一步对烧蚀和熔化区的局部微细形貌进行了分析。最后研究了辐照区中的相变区，发现相变区的结晶相都是面心立方结构并且呈环形分布，从薄膜厚度和光束形状对结晶的影响对形成的不同结晶相的成因进行了分析。 结合在不同条件下激光诱导相变试验获得的微观组织形貌及相变行为变化，建立激光参数-薄膜厚度-微观组织结构的关系及其演化过程的理论阐述。这对下一代存储器的研发不仅具有重要的理论指导意义，同时也具有重要的实践指引意义。