發(fā)布時(shí)間：2021-08-05 19:43

　　為了研究機(jī)械磨損、化學(xué)腐蝕對鍺銻碲（GeSbTe）相變材料微觀損傷行為的影響,利用原子力顯微鏡（AFM）及SiO₂探針對GeSbTe表面在不同工況下產(chǎn)生的微觀損傷進(jìn)行了研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在大氣環(huán)境下,GeSbTe表面經(jīng)過單次面磨損（面掃描）會(huì)形成一個(gè)方形磨坑。該磨坑在NaOH堿性溶液中會(huì)發(fā)生腐蝕,同時(shí)磨坑深度隨腐蝕時(shí)間增加而增加。在NaOH溶液中對GeSbTe表面進(jìn)行單次面磨損同樣產(chǎn)生方形磨坑,并且該磨坑深度也隨腐蝕時(shí)間的增加而增加。由大氣環(huán)境下不同法向載荷磨損對比實(shí)驗(yàn)可知,腐蝕前的機(jī)械作用會(huì)促進(jìn)后續(xù)腐蝕損傷。GeSbTe表面自然氧化層的腐蝕實(shí)驗(yàn)表明GeSbTe表面自然氧化層在NaOH溶液中的腐蝕可忽略,并且對GeSbTe次表層起掩膜作用。由于NaOH溶液中SiO₂探針與GeSbTe表面存在潤滑及雙電層作用,致使面磨損損傷較輕微,即對表面自然氧化層的損傷小,導(dǎo)致后續(xù)腐蝕損傷輕微。本研究結(jié)果有助于理解GeSbTe的化學(xué)機(jī)械拋光（CMP）機(jī)理。 

【文章來源】：微納電子技術(shù). 2020,57(09)北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

GeSbTe表面微觀磨損示意圖

為了揭示機(jī)械摩擦及化學(xué)腐蝕對GeSbTe微觀損傷行為的影響，本文利用SiO2探針和NaOH溶液開展了大氣環(huán)境下的面磨損和后續(xù)腐蝕實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示，GeSbTe表面經(jīng)SiO2探針磨損后（法向載荷為10μN(yùn)、磨損時(shí)間為85 s）會(huì)形成磨坑，該磨坑深度為14.5 nm。經(jīng)NaOH溶液腐蝕10、15和20 min后磨坑深度分別增加至17、19.5和21 nm。所以，SiO2探針在法向載荷10μN(yùn)作用下會(huì)對材料表面造成微觀損傷，并且在后續(xù)腐蝕過程中會(huì)形成新的損傷，該損傷隨腐蝕時(shí)間的增加而增加。研究表明，材料在大氣環(huán)境下產(chǎn)生的微觀損傷由機(jī)械磨損引起[16]，而機(jī)械磨損則體現(xiàn)為材料在磨損過程中發(fā)生的剪切破壞[22-24]。因此為了揭示GeSbTe在大氣下微觀損傷的產(chǎn)生機(jī)制，需對GeSbTe磨損過程中的剪切應(yīng)力（τ）進(jìn)行分析。材料在磨損中的τ為

式中：Ft為摩擦力，在10μN(yùn)載荷下的摩擦力大小為8.91μN(yùn);A為沿著摩擦力方向的剪切面的面積（圖3）。剪切面積A的大小與SiO2探針球半徑（R=1μm）和壓入深度（h）有關(guān)。由赫茲接觸理論可知[21,23-24],SiO2/GeSbTe接觸副在10μN(yùn)磨損中的壓入深度為3.59 nm。因此，上述磨損過程中的剪切面積為405.38 nm2，剪切應(yīng)力為22.0 GPa。由于GeSbTe材料的抗剪強(qiáng)度約為1 GPa[25]，所以GeSbTe在大氣環(huán)境下產(chǎn)生的微觀損傷是由機(jī)械磨損引起的。盡管機(jī)械磨損會(huì)導(dǎo)致GeSbTe表面產(chǎn)生微觀損傷，然而圖2中檢測的GeSbTe表面損傷還與化學(xué)反應(yīng)有關(guān)。由Z.T.Song等人[8]對GeSbTe材料的CMP拋光研究可知，GeSbTe材料在堿性拋光液中會(huì)發(fā)生以下化學(xué)反應(yīng)

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]Ge2Sb2Te5的化學(xué)機(jī)械拋光研究進(jìn)展[J]. 何敖東,劉波,宋志棠,馮高明,朱南飛,任佳棟,吳關(guān)平,封松林.  化學(xué)學(xué)報(bào). 2013(08)
[2]熱處理對GeSb2Te4薄膜微觀結(jié)構(gòu)及其摩擦性能的影響[J]. 解國新,丁建寧,范真,付永忠,朱守星,萬春磊.  摩擦學(xué)學(xué)報(bào). 2006(02)



本文編號(hào)：3324346