Crystallization kinetics in antimony and tellurium alloys used for phase change recording

Kalb, Johannes Andreas; Wuttig, Matthias

doi:urn:nbn:de:hbz:82-opus-14220

Crystallization kinetics in antimony and tellurium alloys used for phase change recording = Kristallisationskinetik in Antimon- und Tellur-Verbindungen, die zur Datenspeicherung in Phasenwechselmedien eingesetzt werden.

Kalb, Johannes Andreas (Author)

2006

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Johannes Andreas Kalb

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2006

UmfangXXII, 240 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2006

Genehmigende Fakultät
Fak01

Hauptberichter/Gutachter
Wuttig, Matthias (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2006-02-10

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-14220
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/62221/files/Kalb_Johannes.pdf

Einrichtungen

Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften (100000)

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Physik (frei) ; Kinetik des Phasenwechsels (frei) ; Kristallisierung (frei) ; Glasübergang (frei) ; Transmissions-Elektronenmikroskopie (frei) ; Kalorimetrie (frei) ; kinetics of phase transformations (frei) ; crystallization (frei) ; glass transition (frei) ; transmission electron microscopy (frei) ; calorimetry (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 530

Kurzfassung
In modernen Computern werden üblicherweise verschiedene Arten von Datenspeichern eingesetzt. Sehr häufig werden magnetische und optische Speichermedien benutzt. Letztere haben innerhalb des vergangenen Jahrzehnts an großer Bedeutung gewonnen: Heute wird ein Großteil der anfallenden Datenmenge auf CDs (englisch: compact disks) und DVDs (englisch: digital versatile disks) gespeichert. Seit einigen Jahren sind auch wiederbeschreibbare CDs und DVDs kommerziell erhältlich und sind heutzutage weit verbreitet. In diesen Datenspeichern wird ein dünner Film einer Antimon- oder Tellur-Verbindung (Abk.: Sb- oder Te-Verbindung) durch Laser-Heizen lokal und reversibel zwischen dem amorphen und kristallinen Zustand hin- und zurückgeschaltet. Diese Zustände können aufgrund ihrer verschiedenen Reflektivitätskoeffizienten optisch unterschieden werden. Wegen der Umkehrbarkeit des Phasenübergangs werden wiederbeschreibbare CDs und DVDs auch Phasenwechselmedien genannt. Die entsprechenden Sb- und Te-Verbindungen werden häufig als Phasenwechselmaterialien bezeichnet. Kürzlich haben Phasenwechselmaterialien auch hohes Potenzial zur Entwicklung nicht flüchtiger elektronischer Datenspeicher mit wahlfreiem Zugriff (englisch: non-volatile electronic phase change random access memories) gezeigt. In dieser Anwendung wird die Joulsche Wärme, die zur Phasentransformation zwischen dem amorphen und kristallinen Zustand benötigt wird, durch einen Strompuls lokal in das Material eingekoppelt. Die beiden Zustände unterscheiden sich stark durch ihre elektrische Leitfähigkeit und können daher auf diese Art ausgelesen werden. Erste Prototypen dieses Speichertyps werden derzeit industriell entwickelt und demonstrieren schnelle nicht flüchtige Datenspeicherung. Die Aussichten, dass dieser Speichertyp in der Zukunft gängige Datenspeicher in modernen Computern ersetzt, sind sehr gut. Um diesen Schritt jedoch zu erreichen, ist es zwingend notwendig, die Phasentransformation zwischen amorpher und kristalliner Phase in Sb- und Te-Verbindungen besser zu verstehen. Diese Doktorarbeit trägt zu einem grundlegenden Verständnis der Kristallisationskinetik amorpher und flüssiger Phasenwechselmaterialien bei. Die Ergebnisse sind eine wichtige Hilfe für die Optimierung von Datenspeicherraten und der Skalierbarkeit sowohl in optischen als auch in elektronischen Phasenwechselmedien.

Modern computers usually employ several types of data storage devices. Most frequently, magnetic and optical storage media are used. The latter have become of great importance throughout the last decade: nowadays a significant amount of data is stored on compact discs (CDs) and digital versatile discs (DVDs). A few years ago, rewritable CDs and DVDs have become commercially available and are widely used these days. In these storage media, a thin film of an antimony (Sb) or tellurium (Te) alloy is locally and reversibly switched by laser heating between the amorphous and the crystalline state. These states can be distinguished optically by their difference in reflectivity. Due to the reversibility of the phase transformation, rewritable CDs and DVDs are also called phase change media. The corresponding Sb and Te alloys are frequently termed phase change materials. Recently, phase change materials have also shown high potential for the development of non-volatile electronic phase change random access memories. In this application, a current pulse provides the heat that is necessary to induce the phase transformation between the amorphous and the crystalline state, which can be distinguished by their difference in electrical conductivity. First prototypes of this memory type are currently developed by the industry and demonstrate fast non-volatile data storage. There are good prospects that these memories finally replace current data storage devices in modern computers. In order to accomplish this, however, it is highly necessary to understand the phase transformation between the amorphous and the crystalline phase for Sb and Te alloys. This thesis makes a contribution to a fundamental understanding of the crystallization kinetics of amorphous and liquid phase change materials. The results should help to optimize both optical and electronic phase change media in terms of data transfer rates and scalability.

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