1561-5405 10.24151/1561-5405 Proceedings of Universities. Electronics Scientifical and technical journal "Proceedings of Universities. Electronics" Научно-технический журнал «Известия высших учебных заведений. Электроника» 1561-5405 2587-9960 National Research University of Electronic Technology Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" 10.24151/1561-5405-2024-29-2-158-167NVNAQJ546.22/.24Технологические процессы и маршрутыMeasuring complex for studying temperature dependence of the electrical resistance of chalcogenide materials in the solid and molten statesИзмерительный комплекс для исследования температурных зависимостей электрического сопротивления халькогенидных материалов в твердом и жидком состоянияхЛазаренко Петр ИвановичЛазаренкоПетр ИвановичLazarenkoPeter I.Peter I. LazarenkoНациональный исследовательский университет «МИЭТ» (Россия, 124482, г. Москва, г. Зеленоград, пл. Шокина, д. 1)11022026Том. 29 №2158167http://ivuz-e.ru/issues/..Том 29 №2/izmeritelnyy_kompleks_dlya_issledovaniya_temperaturnykh_zavisimostey_elektricheskogo_soprotivleniya_/http://ivuz-e.ru#

Currently, phase-change chalcogenide materials, whose optical and electrical properties significantly change during phase transformations between amorphous and crystalline states, are successfully used to produce non-volatile electrical and optical memory as well as various tunable photonic devices. The principle of amorphization for these chalcogenide materials is based on the melting process. Determining the parameters of the phase transition between crystal and molten states and understanding all the related processes is critical to further increasing the number of operating cycles and optimizing the parameters of the devices being created, including their energy consumption. In this work, the results of the development, creation and launch of a hardware-software complex designed for measuring electrical resistance of chalcogenide materials during the heating process is presented. The developed complex allows measuring the temperature dependencies of the electrical resistance of various chalcogenide semiconductors, including their molten state. The complex can carry out the measurements both in air and in inert atmospheres, starting from room temperature up to 800 °C. The selenium and tellurium bulk materials were investigated to prove the operability of the complex. The test results were compared with the literature data and the results of differential scanning calorimetry and have shown high reproducibility.

В настоящее время фазопеременные халькогенидные материалы активно применяются для создания энергонезависимой электрической и оптической памяти и различных устройств перестраиваемой фотоники. Принцип перевода халькогенидных материалов из кристаллического в аморфное состояние основан на процессе плавления. Определение параметров фазового перехода кристалл - расплав и связанных с ним процессов, воздействующих на фазопеременный материал, является критически важным с позиции дальнейшего увеличения количества рабочих циклов и оптимизации параметров создаваемых устройств, в том числе энергопотребления. В работе представлены результаты разработки, создания и введения в эксплуатацию аппаратно-программного комплекса по измерению электрического сопротивления халькогенидных материалов во время нагрева. Разработанный аппаратно-программный комплекс позволяет проводить измерения температурных зависимостей электрического сопротивления различных полупроводниковых материалов, в том числе в расплавленном состоянии, от комнатной температуры до температуры 800 °С как на воздухе, так и в инертной атмосфере. Проверка работоспособности аппаратно-программного комплекса проведена на селене и теллуре. Результаты измерений показали высокую сходимость с литературными данными и результатами дифференциальной сканирующей калориметрии.

фазопеременные материалыхалькогенидные полупроводникифазовая памятьпроцесс плавлениятемпература плавленияэлектрофизические свойствааппаратно-программный комплексphase-change materialschalcogenide semiconductorsphase-change memorymelting processmelting temperatureelectrical propertieshardware-software complexРабота выполнена при финансовой поддержке РНФ (проект № 20-79-10322, https://rscf.ru/project/20-79-10322/) с применением оборудования ЦКП «Микросистемная техника и электронная компонентная база». Благодарности: автор статьи выражает благодарность Бабичу А. В., Веретенникову В. В. и Морозову И. С. за техническую помощь при проведении измерений. The work has been supported by the Russian Science Foundation (project no. 20-79-10322, https://rscf.ru/project/20-79-10322/) in using Core facilities center “MEMS and electronic components”. Acknowledgments: the author expresses gratitude to Babich A. V., Veretennikov V. V. and Morozov I. S. for technical assistance in measurements. Козюхин С. А., Лазаренко П. И., Попов А. И., Еременко И. Л. Материалы фазовой памяти и их применение // Успехи химии. 2022. Т. 91. № 9. Ст. RCR5033. EDN: MPYYZGKozyukhin S. A., Lazarenko P. I., Popov A. I., Eremenko I. L. Phase change memory materials and their applications. Russ. Chem. Rev., 2022, vol. 91, iss. 9, art. ID: RCR5033. https://doi.org/10.1070/RCR5033Guo P., Sarangan A. M., Agha I. A review of germanium-antimony-telluride phase change materials for non-volatile memories and optical modulators // Appl. Sci. 2019. Vol. 9. Iss. 3. Art. No. 530. DOI: 10.3390/app9030530Lotnyk A., Behrens M., Rauschenbach B. Phase change thin films for non-volatile memory applications // Nanoscale Adv. 2019. Vol. 1. Iss. 10. P. 3836-3857. DOI: 10.1039/C9NA00366E EDN: YIRTYO3D cross-point phase-change memory for storage-class memory / H.-Y. Cheng, F. Carta, W.-Ch. Chien et al. //j. Phys. D: Appl. Phys. 2019. Vol. 52. No. 47. Art. No. 473002. DOI: 10.1088/1361-6463/ab39a0Size effect of the Ge2Sb2Te5 cell atop the silicon nitride O-ring resonator on the attenuation coefficient / P. Lazarenko, V. Kovalyuk, P. An et al. // APL Mater. 2021. Vol. 9. Iss. 12. Art. No. 121104. DOI: 10.1063/5.0066387 EDN: ROLLZMLow power reconfigurable multilevel nanophotonic devices based on Sn-doped Ge2Sb2Te5 thin films / P. Lazarenko, V. Kovalyuk, P. An et al. // Acta Materialia. 2022. Vol. 234. Art. ID: 117994. DOI: 10.1016/j.actamat.2022.117994 EDN: NYTCWWFabrication of Ge2Sb2Te5 metasurfaces by direct laser writing technique / D. V. Bochek, K. B. Samusev, D. A. Yavsin et al. // Opt. Laser Technol. 2021. Vol. 141. Art. ID: 107124. DOI: 10.1016/j.optlastec.2021.107124 EDN: WYZJGNRewritable full-color computer-generated holograms based on color-selective diffractive optical components including phase-change materials / C.-Y. Hwang, G. H. Kim, J.-H. Yang et al. // Nanoscale. 2018. Vol. 10. Iss. 46. P. 21648-21655. DOI: 10.1039/C8NR04471F EDN: DEZKKPZhou T., Gao D., Cao Sh., Cheng Zh. Electrically tunable non-volatile reflective display pixel structure based on phase change material // J. Phys.: Conf. Ser. 2020. Vol. 1544. Art. No. 012034. DOI: 10.1088/1742-6596/1544/1/012034 EDN: CRLZQWВлияние степени кристалличности на дисперсию оптических параметров тонких пленок фазовой памяти Ge2Sb2Te5 / М. Е. Федянина, П. И. Лазаренко, Ю. В. Воробьев и др. // Изв. вузов. Электроника. 2020. Т. 25. № 3. C. 203-218. -. DOI: 10.24151/1561-5405-2020-25-3-203-218 EDN: SCYZWBFedyanina M. E., Lazarenko P. I., Vorobyev Yu. V., Kozyukhin S. A., Dedkova A. A., Yakubov A. O., Levitskii V. S., Sagunova I. V., Sherchenkov A. A. Influence of crystallization degree on the optical parameters dispersion of Ge2Sb2Te5 thin films for phase-change memory. Izv. vuzov. Elektronika = Proc. Univ. Electronics, 2020, vol. 25, no. 3, pp. 203–218. (In Russian). https://doi.org/10.24151/1561-5405-2020-25-3-203-218Activation energy of metastable amorphous Ge2Sb2Te5 from room temperature to melt / S. Muneer, J. Scoggin, F. Dirisaglik et al. // AIP Advances. 2018. Vol. 8. Iss. 6. Art. No. 065314. DOI: 10.1063/1.5035085 EDN: YHOABFРегель А. Р., Глазов В. М. Физические свойства электронных расплавов. М.: Наука, 1980. 295 с.Regel’ A. R., Glazov V. M. Physical properties of electron melts. Moscow, Nauka Publ., 1980. 295 p. (In Russian).Казанджан Б. И. Методика исследования эффекта Холла в жидких полупроводниках // Заводская лаборатория. 1979. Т. 45. № 5. С. 433-435.Kazandzhan B. I. Methodology of Hall effect studying in liquid semiconductors. Zavodskaya laboratoriya = Industrial Laboratory, 1979, vol. 45, no. 5, pp. 433–435. (In Russian).ГОСТ Р 8.585-2001. Государственная система обеспечения единства измерений. Термопары. Номинальные статические характеристики преобразования. М.: Изд-во стандартов, 2002. III, 77 с.GOST R 8.585–200. State system for ensuring the uniformity of measurements. Thermocouples. Nominal static characteristics of conversion. Moscow, Izd-vo standartov Publ., 2022. iii, 77 p. (In Russian).Vezzoli G. C. Electrical resistance of liquid sulfur to 420 °C and of liquid selenium to 700 °C //j. Am. Ceram. Soc. 1972. Vol. 55. Iss. 2. P. 65-67. DOI: 10.1111/j.1151-2916.1972.tb11210.xSu C.-H. Semiconductor to metal transition in the solids/melts of Te and pseudo-binary of Hg1-xCdxTe for x = 0, 0.1, and 0.2 // AIP Advances. 2021. Vol. 11. Iss. 4. Art. No. 045109. DOI: 10.1063/5.0043779 EDN: DJTDPXCRC Handbook of Chemistry and Physics / ed. D. R. Lide. 88th ed. Boca Raton, FL: CRC Press, 2007. 2640 p.The Merck index: An encyclopedia of chemicals, drugs, and biological / ed. M. J. O'Neil. 13th ed. Rahway, NJ: Merck and Co., 2001. 2564 p.Регель А. Р., Глазов В. М., Крестовников А. Н. Жидкие полупроводники и перспективы их применения // Физ. и хим. обраб. матер. 1967. № 3. С. 118-131.Regel’ A. R., Glazov V. M., Krestovnikov A. N. Liquid semiconductors and prospects for their application. Fiz. i khim. obrab. mater. = Physics and Chemistry of Materials Treatment, 1967, no. 3, pp. 118–131. (In Russian).Регель А. Р., Глазов В. М., Крестовников А. Н. Особенности формирования электронных расплавов // Проблемы металлургии: сб. статей. М.: Металлургия, 1968. Вып. 52. С. 206.Regel’ A. R., Glazov V. M., Krestovnikov A. N. Features of the formation of electronic melts.Problemy metallurgii, collected papers. Moscow, Metallurgiya Publ., 1968, iss. 52, p. 206. (In Russian).Abdullaev G. B., Mekhtieva S. I., Abdinov D. Sh., Aliev G. M. Effect of oxygen on some electrical properties of selenium // Phys. Status Solidi B. 1965. Vol. 11. Iss. 2. P. 891-898. DOI: 10.1002/pssb.19650110239Глазов В. М., Чижевская С. Н., Глаголева Н. Н. Жидкие полупроводники. М.: Наука, 1967. 244 с.Glazov V. M., Chizhevskaya S. N., Glagoleva N. N. Liquid semiconductors. Moscow, Nauka Publ.,244 p. (In Russian).