Efekti jonizujućeg zračenja u fazno promenljivim memorijama
Radiation effects in phase change memories.
Author
Zdjelarević, Nevena S.Mentor
Vujisić, MilošCommittee members
Marinković, PredragVulević, Branislav
Drndarević, Vujo
Stanković, Koviljka
Metadata
Show full item recordAbstract
Efekti zračenja u materijalima i elektronskim komponentama / Radiation Effects in Materials and Electronic Components
Fazno promenljive memorije ubrajaju se u neke od najaktuelnijih
postojanih memorija zbog relativno jednostavnog načina
proizvodnje, velike izdržljivosti, velike brzine upisa/brisanja i
male potrošnje. One koriste jedinstvenu osobinu fazno
promenljivih materijala da poseduju veliku razliku otpornosti
između kristalnog i amorfnog stanja i uz to imaju mogućnost
veoma brze kristalizacije. Ova disertacija se bavi ispitivanjem
efekata jonizujućeg zračanja u fazno promenljivim memorijama,
što je od značaja usled sve veće primene memorija u različitim
radijacionim sredinama. Numeričkim proračunima ispitivani su
efekti koje snopovi protona, alfa čestica, jona gvožđa i argona,
različitih energija, proizvode u fazno promenljivih memorijama sa
fazno promenljivim materijalom različitih debljina. Kao fazno
promenljivi materijali korišćeni su halkogena jedinjenja: Ge2Sb2Te5
i AgSbSe2. Prolaskom protona, alfa čestica, Fe i Ar jona kroz ćeliju
FPM-a, oni gube svoju energiju na jonizaciju, izmeštanje at...oma ili
fononsko pobuđivanje rešetke. Svi ovi tipovi energetskih gubitaka
su posebno analizirani. Proračunate su vrednosti jonizacionih doza
i doza izmeštanja, kao i fononski gubici za ispitivane naelektrisane
čestice i fazno promenljivu memoriju. Dobijeno je da su jonizacioni
gubici u AgSbSe2 materijalu veći u odnosu na Ge2Sb2Te5 materijal,
za jone posmatranih energija. Analizom izmeštanja atoma iz
njihovog položaja u rešetki, ustanovljeno je da je AgSbSe2 materijal
otporniji na izmeštanje atoma usled prolaska ispitivanog zračenja.
Najveća doza izmeštanja je dobijena u slučaju prolaska jona gvožđa kroz fazno promenljivu memorijsku ćeliju. Izmeštanje atoma u
fazno promenljivim materijalima može dovesti do amorfizacije
materijala, jer izmešteni atomi mogu narušiti uređenu rešetku
kristalnog stanja. Uticaj brzih teških jona velikog linearnog prenosa energije na
fazno promenljive materijale je od posebnog značaja, i
ustanovljeno je da bi usled sve veće miniturizacije fazno
promenljivih memorija moglo doći do odstupanja od redovnog
rada fazno promenljive memorije usled amorfizacije materijala
oko trajektorije ovih upadnih jona, što može dovesti do promene
stanja ćelije. Detaljnom analizom, koja je obuhvatala ispitivanje
efekata na različitim temperaturama, ustanovljeno je da se u
AgSbSe2 materijalu proizvodi manji sloj amorfizovanog materijala
nego u slučaju Ge2Sb2Te5 materijala, dakle on je za nijansu
otporniji na uticaj ove vrste zračenja.
Dobijeni rezultati su od značaja u inženjerskoj praksi zbog sve veće
primene postojanih memorija u nuklearnoj tehnici i svemirskoj
tehnologiji. Dalje, prikazani rezultati mogu biti od značaja
proizvođačima komercijalnih fazno promeneljivih memorijskih
komponenata, kako bi se izradile fazno promenljive memorijske
ćelije optimalne strukture za korišćenje u poljima jonizujućeg
zračenja.
Phase change memory is an emerging non-volatile memory
technology due to relatively easy fabrication of these memories,
high endurance, fast read/write and low energy consumption. It
uses the unique property of phase change materials to have a
pronounced contrast in resistivity between their crystalline and
amorphous state with very fast crystallization kinetics. In this
dissertation, radiation effects in phase change memories are being
analysed, corresponding to greater interest in this subject, due to
widely spreed usage of these memories in different radiation
fields. Numerical calculations are being carried out in order to
estimate the effects of proton, alpha, Fe and Ar ions of different
energies, produced in Ge2Sb2Te5 and AgSbSe2 phase change
materials with various thicknesses. When protons and ions
traverse the material, they lose their energy on ionization, atom
displacements and the production of phonons and all of these
losses have been fully analysed. Ionizing and nonionizin...g energy
losses, phonon losses, as well as absorbed dose and displacement
damage dose in the phase change memories for investigated
charged particles and examined cells have been calculated. It is
shown that the ionizing losses are greater in AgSbSe2 material
compared to Ge2Sb2Te5 material. By analyzing the displacements of
atoms from their lattice sites, it has been found that AgSbSe2 is
more robust to this kind of damage than Ge2Sb2Te5 material. The
highest damage has been observed in the case of heavy ions (Fe) interactions. Radiation could induce the amorphization (crystalline
to amorphous phase transition) in the phase change memory cell
by creating a large number of atomic displacements which disrupt
the highly ordered lattice structure of the crystalline phase.
The effects of ions with high linear energy transfer (i.e. swift heavy
ions) on phase change memories have been of special interest, due
to theirs unique properties. It has been established that due to
constant reduction of dimensions of phase change memory cells,
amorphization in the vacancy of ions tracks, called latent tracks,
could disrupt the functionality of memory cells. Comprehensive
analysis, including calculations involving different temperatures,
showed that radius of latent track is smaller in AgSbSe2 material,
compared to Ge2Sb2Te5.
All obtained results are of great importance for engineering
practice due various applications of non-volatile memories in
nuclear technologies and space environment. Furthermore, these
results can also be of interest for commercial purposes, allowing
the manufacturers of phase change memories to develop the phase
change memories of optimal design, considering radiation
hardness of the memory.