Growth, Electronic and Electrical Characterization of Ge-Rich Ge–Sb–Te Alloy
Adriano Díaz Fattorini,
Caroline Chèze,
Iñaki López García,
Christian Petrucci,
Marco Bertelli,
Flavia Righi Riva,
Simone Prili,
Stefania M. S. Privitera,
Marzia Buscema,
Antonella Sciuto,
Salvatore Di Franco,
Giuseppe D’Arrigo,
Massimo Longo,
Sara De Simone,
Valentina Mussi,
Ernesto Placidi,
Marie-Claire Cyrille,
Nguyet-Phuong Tran,
Raffaella Calarco,
Fabrizio Arciprete
Affiliations
Adriano Díaz Fattorini
Istituto per la Microelettronica e Microsistemi (IMM), Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), Via del Fosso del Cavaliere 100, 00133 Rome, Italy
Caroline Chèze
Dipartimento di Fisica, Università di Roma “Tor Vergata”, Via della Ricerca Scientifica 1, 00133 Rome, Italy
Iñaki López García
Istituto per la Microelettronica e Microsistemi (IMM), Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), Zona Industriale Ottava Strada 5, 95121 Catania, Italy
Christian Petrucci
Istituto per la Microelettronica e Microsistemi (IMM), Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), Via del Fosso del Cavaliere 100, 00133 Rome, Italy
Marco Bertelli
Istituto per la Microelettronica e Microsistemi (IMM), Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), Via del Fosso del Cavaliere 100, 00133 Rome, Italy
Flavia Righi Riva
Dipartimento di Fisica, Università di Roma “Tor Vergata”, Via della Ricerca Scientifica 1, 00133 Rome, Italy
Simone Prili
Dipartimento di Fisica, Università di Roma “Tor Vergata”, Via della Ricerca Scientifica 1, 00133 Rome, Italy
Stefania M. S. Privitera
Istituto per la Microelettronica e Microsistemi (IMM), Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), Zona Industriale Ottava Strada 5, 95121 Catania, Italy
Marzia Buscema
Istituto per la Microelettronica e Microsistemi (IMM), Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), Zona Industriale Ottava Strada 5, 95121 Catania, Italy
Antonella Sciuto
Istituto per la Microelettronica e Microsistemi (IMM), Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), Zona Industriale Ottava Strada 5, 95121 Catania, Italy
Salvatore Di Franco
Istituto per la Microelettronica e Microsistemi (IMM), Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), Zona Industriale Ottava Strada 5, 95121 Catania, Italy
Giuseppe D’Arrigo
Istituto per la Microelettronica e Microsistemi (IMM), Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), Zona Industriale Ottava Strada 5, 95121 Catania, Italy
Massimo Longo
Istituto per la Microelettronica e Microsistemi (IMM), Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), Via del Fosso del Cavaliere 100, 00133 Rome, Italy
Sara De Simone
Istituto per la Microelettronica e Microsistemi (IMM), Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), Via del Fosso del Cavaliere 100, 00133 Rome, Italy
Valentina Mussi
Istituto per la Microelettronica e Microsistemi (IMM), Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), Via del Fosso del Cavaliere 100, 00133 Rome, Italy
Ernesto Placidi
Dipartimento di Fisica, Università di Roma “Tor Vergata”, Via della Ricerca Scientifica 1, 00133 Rome, Italy
Marie-Claire Cyrille
Leti, CEA, University Grenoble Alpes, 38000 Grenoble, France
Nguyet-Phuong Tran
Leti, CEA, University Grenoble Alpes, 38000 Grenoble, France
Raffaella Calarco
Istituto per la Microelettronica e Microsistemi (IMM), Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR), Via del Fosso del Cavaliere 100, 00133 Rome, Italy
Fabrizio Arciprete
Dipartimento di Fisica, Università di Roma “Tor Vergata”, Via della Ricerca Scientifica 1, 00133 Rome, Italy
In this study, we deposit a Ge-rich Ge–Sb–Te alloy by physical vapor deposition (PVD) in the amorphous phase on silicon substrates. We study in-situ, by X-ray and ultraviolet photoemission spectroscopies (XPS and UPS), the electronic properties and carefully ascertain the alloy composition to be GST 29 20 28. Subsequently, Raman spectroscopy is employed to corroborate the results from the photoemission study. X-ray diffraction is used upon annealing to study the crystallization of such an alloy and identify the effects of phase separation and segregation of crystalline Ge with the formation of grains along the [111] direction, as expected for such Ge-rich Ge–Sb–Te alloys. In addition, we report on the electrical characterization of single memory cells containing the Ge-rich Ge–Sb–Te alloy, including I-V characteristic curves, programming curves, and SET and RESET operation performance, as well as upon annealing temperature. A fair alignment of the electrical parameters with the current state-of-the-art of conventional (GeTe)n-(Sb2Te3)m alloys, deposited by PVD, is found, but with enhanced thermal stability, which allows for data retention up to 230 °C.