• 沒有找到結果。

4-4-1、退火 GST 試片之交流阻抗分析

將 GST 與 GST-Ce 在各預設溫度下退火並以交流阻抗分析系統量測其電性 變化，實驗發現GST 的晶界半圓發生在 160C、GST-Ce 則發生在 275C 的退火 溫度。復以160、180、200、225、250、275、300、325 及 350C 等各退火溫度 條件，觀察其交流阻抗特徵。

在此援引Brick Layer 模型[27，28]之觀念，視晶界與晶粒之幾何結構如多個 平行板電容器串聯而成，其等效電路模型如圖 4-6 所示。圖中 Rg為起始串聯電 阻，Rgb與Cgb為晶界貢獻的電阻與電容值，Rg與Cg為晶粒貢獻的電阻與電容值。

考量交流訊號之頻率響應，低頻處的半圓乃由晶界所貢獻，故可藉由交流阻抗分 析其等效電路取得晶界與晶粒的交流阻抗性質對應關係。依其晶粒與晶界特性區 分，測得之GST 與 GST-Ce 之交流阻抗圖譜示於圖 4-7 與圖 4-8。

圖4-6、Brick Layer 等效電路模型[27，28]。

圖4-7 顯示 GST 的晶界半圓發生在 160C，隨著退火溫度漸升電阻值急遽遞 減，圖4-8 之 GST-Ce 的晶界半圓發生在 275C，雖然由 XRD 結果已然確認 250°C 以後始有結晶相產生，惟可能晶界特徵仍不明顯，故晶界與晶粒之阻抗特徵遲至 較高溫度始出現。等效電路模擬數值示於表 4-3 與表 4-4，可發現隨退火溫度變 化，特性主要反應在Rgb值上，其在相變化溫度後急遽遞減，相較電阻的變化，

Cgb值則趨於一近似值，Rg與Cg隨溫度變化的程度亦低，以此推論經不同溫度退 火的GST 試片之電性主要反映在 Rgb上。

對 GST-Ce 試片，阻抗性質分析顯示除其 Rgb值比純 GST 大之外，其 Rg與 Cg值亦較純GST 大；由於 Rg與Cg值同時增大，晶粒對應的特徵頻率將較純GST 者為低，此頻率可對應正切損失（Tangent Loss，tan

），當系統達到共振頻率 時，正切損失和能量損失將達到最大值，而有局部峰值的顯現。圖 4-9 即為純 GST 與 GST-Ce 的 tan

值對應頻率之圖，可發現隨著退火溫度上升，GST 峰值有 往高頻偏移的趨勢，範圍約在30 kHz 至 560 kHz 之間，且弛豫效應（Relaxation）

亦使頻率範圍隨退火溫度升高而漸增大。相較之下，GST-Ce 的共振頻率則發生 在30 kHz 左右，弛豫的頻率範圍亦較 GST 為寬，但隨退火溫度上升峰值無明顯 偏移；共振頻率的發生位置即為晶界與晶粒阻抗光譜特徵曲線之轉換點。

由本實驗之交流阻抗分析之頻率範圍（ 1.5 MHz）可知，空間極化（Space Polarization）應為主要之極化機制，故晶界的阻抗半圓特徵應來自界面極化效應

（Interfacial Polarization），當電子在材料內部傳導時，晶界所致的結構不連續 造成電子傳遞的障礙，此使部分電子無法穿越而聚集在晶界，在外加電場的作用 下，這些聚集的電子就會在界面受到羅倫茲作用力造成極化。另，在相同的退火

Rs Rg Rgb

Cg Cgb

溫度下，GST-Ce 的 tan

值亦較GST 高，此顯示摻雜改變了界面極化特性，而造

0 50000 100000 150000

0

0 1000 2000 3000

0

0 100000 200000 0

100000 200000

250  C 275  C 300  C 325  C 350  C

-Z"

Z'

GST-Ce

50 55 60 65

10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30

275

C 300

C 325

C 350

C GST-Ce

-Z"

Z'

圖4-8、GST-Ce 試片之（a）晶界與（b）晶粒之交流阻抗特徵圖。

（a）

（b）

表4-3、退火 GST 試片在各退火溫度下之等效電路模擬值。

溫度（C） 160 180 200 225 250 275 300 325 350

R

s 46.76 47.01 44.35 41.47 41.96 41.49 47.13 47.7 48.18

R

g 9.52 8.861 10.26 8.983 9.375 8.885 5.421 9.1 10.07

C

g（nF） 3.33105 3.01105 3.76105 3.71105 3.76105 3.54105 3.62105 3.65105 3.74105

R

gb 101000 37050 23861 2957 3055 1545 231.9 182 9254

C

gb（nF） 2.35 2.43 2.33 2.38 2.32 2.29 2.91 2.3 2.36

R

gb

/R

g

10609.24 4181.24 2325.63 329.1 325.87

173.89 42.78 19.9671 918.97

C

g

/C

gb

1.4210

5 1.24105 1.61105 1.56105 1.62105 1.55105 1.24105 1.57105 1.58105

X

gb 4.25105 3.72105 4.84105 4.68105 4.86105 4.64105 3.73105 4.70105 4.75105

tan

8.12 6.33 5.78 4.32 3.06 2.99 2.99 2.30 0.81646

f（Hz）

37600 37600 47850 77600 137600 147600 150100 232600 560100

表4-4、退火 GST-Ce 試片在各退火溫度下之等效電路模擬值。

溫度（C） 275 300 325 350

Rs 56.74 54.66 51.01 58.6

Rg 13.08 9.173 11.76 14.27

Cg（nF） 5.27105 3.06105 5.42105 5.83105

Rgb 193030 68028 64990 37794 Cgb（nF） 1.96 2.87 2.57 1.637

Rgb/Rg 14757.6 7416.11 5526.36 2648.49 Cg/Cgb 2.69105 1.07105 2.11105 3.56105

Xgb 8.07105 3.20105 6.33105 1.07104 tanδ 9.43 7.16 5.73 2.29 f（Hz） 28600 37600 39200 40100

立即下載 "以3ω法量測相變化薄膜熱..."

Outline

相關文件