以雷射直寫技術製作相變化材料微結構之研究

Nanofabrication of phase-change material structures by laser direct-write techniques

劉燕儒(Yen-Ju Liu)

指導教授 ： 蔡定平 教授

國立臺灣大學/理學院/應用物理所/碩士(2012年)

https://doi.org/10.6342/NTU.2012.10129

摘要

相變化材料（Phase-change material）可藉由外在施加能量而使其在結晶態或非晶態之間做可逆的轉換，因此被廣泛地應用於高密度記錄之光儲存、相變化記憶體與半導體元件中。
本實驗是以濺鍍方式製備非晶態之相變化材料鍺銻碲（Ge2Sb2Te5, GST）薄膜，再藉由雷射加工使GST薄膜轉態成為結晶態，所使用的脈衝雷射可調整雷射功率（2mW~20mW）以及雷射脈衝長度（100ns~1500ns），藉由雷射改變製作不同類型的紀錄點，最後再以導電式原子力顯微儀（Conductive atomic force microscopy, C-AFM）以及光學顯微量測系統對紀錄點進行表面形貌、導電性以及光學性質之研究。
同時以雷射轉印術進行GST質量轉移，以非晶態的GST薄膜作為母版，玻璃基板作為母版，利用雷射聚焦於GST薄膜上，使其熔融並轉印至子版，觀察其轉印結構之製成穩定度以及結構均勻度。

關鍵字

相變化材料 ； 雷射直寫技術 ； 導電式原子力顯微儀 ； 雷射轉印術

並列摘要

Phase-change materials are used in rewritable optical disks and phase-change electronic memories. The application of phase-change materials are due to the ease and reversibility of the phase-transition between amorphous and crystalline state.
Amorphous thin films of Ge2Sb2Te5, sputter-deposited on a thin-film gold electrode, are investigated to understanding the local electrical conductivity under the influence of focused laser beam. The various laser power (2.0mW~20mW) and pulse duration (100ns~1500ns) used in writing recorded marks.The local conductivity of recorded marks and crystalline line can be investigated by a high-resolution and high-sensitivity of conductive atomic force microscopy (C-AFM).
Laser-induced forward transfer (LIFT) technique is a high-throughput fabrication method. Using the femtosecond laser pulses focused on a thin film of Ge2Sb2Te5 phase-change material, and transfer the illuminated material to a nearby substrate.

並列關鍵字

Phase-change material ； laser direct-write techniques ； conductive atomic force microscopy ； Laser-induced forward transfer (LIFT)

參考文獻

1. S.R. Ovshinsky, “Reversible electrical switching phenomena in disordered structures,” Phys. Rev. Lett. 21, 1450-1453 （1968）.

2. G. F. Zhou, H. J. Borg, J. C. N. Rijpers, and M. Lankhorst, “Crystallizationb ehavior of Phase Change materials: comparison between nucleation- and growth-dominated crystallization”, Optical Data Storage, 2000. Conference Digest,（2000）

3. Benno Tieke, Martijn Dekker, Nicola Pfeffer, Roel van woudenberg, Guo-Fu Zhou,and Igolt P. D. Ubbens,v “High data-rate phase-change media for the digital video recording system”, Jpn. J. Appl. Phys. 39, 762（2000）

4. T. Ohta, “Phase-Change Optical Memory Promotes the DVD Optical Disk”, J. Opt. Adv. Mat. 3, 609 （2001）

5. 徐豪汶，“鍺銻碲相變化奈米薄膜之奈米尺度光熱性質的研究”，碩士論文， 中央物理研究所 （2006）.