1. On the charge transport mechanisms in Ge-rich GeSbTe alloys
- Author
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Jeremie Grisolia, Daniel Benoit, V. Caubet-Hilloutou, Y. Le Friec, Alain Claverie, Maxime Vallet, Adrien Bourgine, Laboratoire de physique et chimie des nano-objets (LPCNO), Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université de Toulouse (UT)-Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université de Toulouse (UT)-Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre d'élaboration de matériaux et d'études structurales (CEMES), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), STMicroelectronics [Crolles] (ST-CROLLES), Matériaux et dispositifs pour l'Electronique et le Magnétisme (CEMES-MEM), Université de Toulouse (UT)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Institut de Recherche sur les Systèmes Atomiques et Moléculaires Complexes (IRSAMC), Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie de Toulouse (ICT-FR 2599), Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Université Toulouse III - Paul Sabatier (UT3), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National Polytechnique (Toulouse) (Toulouse INP), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Université Fédérale Toulouse Midi-Pyrénées-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut National des Sciences Appliquées - Toulouse (INSA Toulouse), and Institut National des Sciences Appliquées (INSA)-Institut National des Sciences Appliquées (INSA)
- Subjects
Materials science ,02 engineering and technology ,GeSbTe ,01 natural sciences ,chemistry.chemical_compound ,0103 physical sciences ,Materials Chemistry ,characterization ,electron transport ,Electrical and Electronic Engineering ,[SPI.NANO]Engineering Sciences [physics]/Micro and nanotechnologies/Microelectronics ,Ohmic contact ,Electrical conductor ,010302 applied physics ,Resistive touchscreen ,impedance spectroscopy ,Condensed matter physics ,business.industry ,Doping ,modeling ,021001 nanoscience & nanotechnology ,Condensed Matter Physics ,GeSbTe alloys ,Electronic, Optical and Magnetic Materials ,Amorphous solid ,Phase-change memory ,phase change memory ,Semiconductor ,chemistry ,[PHYS.COND.CM-MS]Physics [physics]/Condensed Matter [cond-mat]/Materials Science [cond-mat.mtrl-sci] ,0210 nano-technology ,business - Abstract
International audience; Ge-rich GeSbTe (GST) alloys are attracting Phase Change Materials for future memories as their higher crystallization temperature offers an extended range of applications. We have studied the electrical characteristics of PCM cells using such alloys as active layers. We show by impedance spectroscopy that the cells in the RESET (amorphous) state are not only resistive but also exhibit a capacitive component. Although trap-assisted conduction models are apparently able to describe the I(V) and I(T) characteristics of the devices in this state, their physical background is thus questionable. Alternatively, we show that granular models, describing electrical transport through conductive grains separated by insulating interfaces, are also able to simulate these characteristics, while fed by physically sound fitting parameters. Moreover, we show that the SET (crystalline) state is not simply ohmic but that its characteristics, as conductive as a metal but reacting as an insulator to temperature, resemble to those found in a semiconductor doped with a very low ionization energy defect. Finally, all these characteristics can be understood by considering that the electrical properties of cells made of Ge-rich GST layers are not those characteristic of some defective and homogeneous material but instead result from strong chemical heterogeneities found both in the amorphous and crystalline states of these Ge-rich alloys.
- Published
- 2020
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