JPH04337532A - 一致状態可変光メモリ材料及びデバイス - Google Patents

一致状態可変光メモリ材料及びデバイス

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JPH04337532A
JPH04337532A JP4028559A JP2855992A JPH04337532A JP H04337532 A JPH04337532 A JP H04337532A JP 4028559 A JP4028559 A JP 4028559A JP 2855992 A JP2855992 A JP 2855992A JP H04337532 A JPH04337532 A JP H04337532A
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energy
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David A Strand
デビツド・エイ・ストランド
Stanford R Ovshinsky
スタンフオード・アール・オブシンスキー
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Energy Conversion Devices Inc
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、エネルギの入力に応答
して検出可能な状態間で可逆的に切換え可能な材料内に
データが記憶されるデータ記憶素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】非アブレーション性（ｎｏｎａｂｌａｔ
ｉｖｅ）の状態可変データ記憶素子、例えば光データ記
憶素子は、例えば投射光ビームエネルギ、電気エネルギ
または熱エネルギのようなエネルギをそこに適用するこ
とにより少なくとも２つの検出可能な状態間で切換え可
能な状態可変材料内に情報を記憶する。
【０００３】状態可変データ記憶材料は、典型的には、
データ記憶材料が基板によって支持されており且つ閉じ
込め体によって保護されているような構造を有するデー
タ記憶素子内に組み込まれている。光データ記憶素子の
場合には、閉じ込め体は例えば、非アブレーション性材
料及び層、断熱材料及び層、反射防止材料及び層、反射
層、及び化学的隔離層を含む。更に、種々の層が１つ以
上の上記機能を実行し得る。例えば、反射防止層はアブ
レーション防止層及び断熱層でもあり得る。状態可変デ
ータ記憶材料を含む層の厚さは、状態変化を起こすのに
必要なエネルギを最適化するように、且つ、状態可変デ
ータ記憶材料の高いコントラスト比、高いキャリア対ノ
イズ比及び高い安定性を最適化するように寸法決めされ
る。
【０００４】状態可変材料は、例えば投射ビームエネル
ギ、電気エネルギまたは熱エネルギをそこに適用するこ
とにより、ある検出可能な状態から別の検出可能な状態
へと切換えられ得る材料である。状態可変材料の検出可
能な状態は、それらの形態、表面構造、相対整列度、相
対不整列度、電気特性、屈折率及び反射率を含む光学特
性、またはこれらの１つ以上の組合せにおいて異なり得
る。状態可変材料の状態は、例えば導電性、電気抵抗、
光透過性、吸光、光の屈折、光の反射といった特性また
はこれらの組合せによって検出可能である。即ち、検出
可能な特性の大きさは、状態可変材料が状態を変化させ
るときに予測可能な様相で変わる。
【０００５】データ記憶素子の形成は、例えば蒸着、化
学蒸着及び／またはプラズマ堆積によって個々の層を堆
積することを含む。本明細書において使用されるプラズ
マ堆積なる用語は、スパッタリング、グロー放電及びプ
ラズマ支援化学蒸着を含む。
【０００６】テルルベースの材料は、状態変化が反射率
のような物理的特性の変化によって表される構造的変化
であるデータ記憶のための状態可変材料として使用され
ている。このことは、例えばＪ．Ｆｅｉｎｌｅｉｂ，Ｊ
．ＤｅＮｅｕｆｖｉｌｌｅ，Ｓ．Ｃ．Ｍｏｓｓ及びＳ．
Ｒ．Ｏｖｓｈｉｎｓｋｙ，“Ｒａｐｉｄ　　Ｒｅｖｅｒ
ｓｉｂｌｅ　　Ｌｉｇｈｔ−Ｉｎｄｕｃｅｄ　　Ｃｒｙ
ｓｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｏｆ　　Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ
　　Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ（アモルファス半導
体の高速可逆的光誘導結晶化）”，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ
．Ｌｅｔｔ．，Ｖｏｌ．１８（６），ｐｐ２５４〜２５
７（１９７１年３月１５日）及びＳ．Ｒ．Ｏｖｓｈｉｎ
ｓｋｙの米国特許第３，５３０，４４１号“Ｍｅｔｈｏ
ｄｓ　　ａｎｄ　　Ａｐｐａｒａｔｕｓ　　Ｆｏｒ　　
Ｓｔｏｒｉｎｇ　　Ａｎｄ　　ＲｅｔｒｉｅｖｉｎｇＯ
ｆ　　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ（情報の記憶及び検索の
ための方法と装置）”に記載されている。
【０００７】テルルベースの状態可変材料は一般に単一
相または多相系であり、（１）規則化現象は、不規則材
料系を規則及び不規則材料系に変換するための（均一及
び不均一核形成の両方またはいずれかを含む）核形成及
び成長プロセスを含み、（２）ガラス化現象は、不規則
及び規則材料系を主に不規則の材料系に変換するための
相可変材料の融解及び急速な冷却を含む。上記相変化及
び分離は比較的小さい距離で起こり、相の密接な相互の
からみ合いと全体的な構造相違をもたらし、化学量論的
な局所変化に高度に感受性である。
【０００８】カルコゲナイドタイプのメモリ材料におい
ては、性能の尺度としては、（１）コントラスト比、即
ち状態の反射率の総和で除算した各状態間の反射率の差
、及び（２）（ａ）“書込み”状態及び（ｂ）“消去”
状態両方のキャリア対ノイズ比を挙げることができる。 メモリ材料の不良モードは、サイクル数に関する性能尺
度の劣化によって表される。即ち不良は、例えば（１）
サイクルが増大するにつれてのコントラスト比の減少に
よって、または（２）書込み状態のキャリア対ノイズ比
の減少もしくは消去状態のキャリア対ノイズ比の増加に
よって表され得る。
【０００９】もしメモリ材料が“１回だけ書込み可能な
（ｗｒｉｔｅ　　ｏｎｃｅ）”媒体として使用されるな
らば、記録媒体の寿命において優れた熱安定性を与える
が故に、比較的高いガラス転移温度を有するのが極めて
望ましい。多くの場合に、既に第１のアモルファス状態
にある媒質に、それを第２の結晶状態に切換えることに
より書込む、即ち記録することが常套であり、記録の保
全性は、第１のアモルファ状態の、書込み状態への自発
的または偶発的な結晶化に対して抵抗する能力に依存す
る。記憶媒体のガラス転移温度が高いほど、特に記録領
域が、記録されている結晶スポットとその間にある無変
化のアモルファス域との全ての交互領域からなるときに
は、アモルファス状態にあるとき媒体が望ましくない結
晶化により耐え易くなる。勿論結晶化温度は高すぎては
ならず、そうしないと記録感度が害を受ける。
【００１０】１回だけ書込み可能な材料の他に、光デー
タ記憶素子は、その上に記憶され、消去され、再びその
上に記録され、また消去されるなどし得る消去可能材料
を使用することもできる。この場合には相可変材料は、
アモルファスから結晶状態へと変化し、また元へ戻るこ
とを繰り返し可逆的に行ない得ねばならない。消去可能
な材料においては、別の考慮も重要である。最も重要な
ことには、繰り返されるサイクル寿命（繰り返されるガ
ラス化及び結晶化）において、従来の材料は時間と共に
劣化する傾向を示す。このサイクル寿命における劣化の
原因となる重要な要因としては、材料中に不均一性及び
混入物が現れる傾向があることが考えられる。即ち、材
料が結晶化及び再結晶化した後に、元の材料中には存在
しなかった可変の構造及び組成の領域がその中に現れ得
る。材料の熱変化に起因し、材料を構成する種々の成分
は選択的に移動したり、化学的に結合したり、または、
結晶格子中の他の成分を置き換えたりする。更に、幾つ
かの材料は適正にガラス化し得ず、望ましくない結晶質
または非結晶質混入物を生成する。上記要因の全てが性
能の劣化をもたらし得る。
【００１１】テルル−アンチモン−ゲルマニウム系のよ
うな典型的なテルルベースの材料においては、上記問題
は特に深刻となる。何故ならば、材料中の個々の成分の
原子％に従って、かかるＴＡＧ系は多数の結晶質相及び
アモルファス相を形成し得るからである。従って、堆積
したままの材料が公称組成ＴｅｘＧｅｙＳｂｚを有して
いたとしても、この材料はその結晶状態においては、可
変で且つ予測不可能な組成の多数の結晶質相を含み得る
。 即ち、１つの結晶質相は比例上よりもずっと多くのテル
ルを有し、他の結晶質相はずっと多くのゲルマニウムを
有するなどとなり得る。アモルファス相と結晶質相との
間のこの組成不一致の故に、このような材料は、上述の
理由に起因してサイクル寿命において劣化し易い。
【００１２】更に、結晶質相の大きさに起因して、結晶
質相への切換えは原子拡散を含み、従って比較的低速で
ある。即ち、切換え速度は不本意に小さく、切換え速度
を向上するために新たな組成を選択することは、材料の
熱安定性を譲歩することになる。
【００１３】結晶質相とアモルファス相との間の組成の
一致が望ましいことは、いずれも本発明の譲受人名義の
米国特許第４，８７６，６６７号及び第４，９２４，４
３６号に、２進値光メモリ材料に関連して記載されてい
る。両参照特許自体は、２進値カルコゲナイドデータ記
憶材料、即ちテルル化アンチモン／セレン化アンチモン
組成物に関する。参照特許に記載されているように、テ
ルル化物及びセレン化物はアモルファス状態と結晶状態
とで実質的に組成的に一致している。これは、テルル化
物／セレン化物組成物が実質的に全ての割合で十分に混
和可能なためである。即ち、各結晶はおおよそ堆積した
ままの材料の公称組成を有する。これは主に、それらの
原子構造及び原子価特性に起因して、テルル化物及びセ
レン化物が組成物の広い範囲において結晶格子中で相互
に置換し得るからである。しかしながら、このことはＴ
ｅＧｅＳｂ系には当てはまらないことが公知である。
【００１４】テルルベースのメモリ材料内にメモリ材料
の層を堆積する間に組成の一致を維持することが望まし
いことは認識されている。例えば本発明の譲受人名義の
米国特許第４，６２１，０３２号を参照されたい。この
参照特許は、堆積材料の一貫性を維持するようにソース
または前駆物質材料が選択される一致昇華プロセス（ｃ
ｏｎｇｒｕｅｎｔ　　ｓｕｂｌｉｍａｔｉｏｎ　　ｐｒ
ｏｃｅｓｓ）によって、メモリ材料層を堆積する方法を
開示している。しかしながらこの特許は、アモルファス
材料が結晶質及びアモルファスの第２の相に結晶化する
際に相分離があり得、その相分離は必然的に上述の不本
意な結果を招くことも教示している。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本明細書において開示及
び特許請求するのは、例えば投射光ビームエネルギ、電
気エネルギまたは熱エネルギといったエネルギをそこに
適用した際に、第１の状態から第２の状態へと変化し得
る状態可変メモリ合金である。該合金は、前記第１の状
態にあるときの第１の検出可能な特性と、前記第２の状
態にあるときの第２の検出可能な特性とを有する。該合
金は更に、前記第１の状態は単一相を含み、且つ前記第
２の状態は、（１）前記第１の相と同じ組成を有する単
一相かまたは（２）実質的に類似の結晶化温度及び速度
論を有する複数の相のいずれかを含むことを特徴とする
。本発明のメモリ合金の１つの実施例においては、合金
は、例えばテルル、ゲルマニウム及びアンチモンといっ
た少なくとも３種の元素からなり得るカルコゲナイド材
料を含む。
【００１６】別の実施態様においては、本発明のメモリ
合金は、アモルファス状態と結晶状態とで組成的一致を
示すカルコゲナイド光メモリ合金である。合金材料は、
アモルファス状態にあるときの第１の検出可能な特性（
典型的には光反射）と、結晶状態にあるときの第２の検
出可能な特性とを有する。多層薄膜光学構造体における
方法を使用することにより、反射率の変化の方向を、メ
モリ材料層及び他の層の厚さを適当に選択することによ
り選択することができる。材料は、投射ビームエネルギ
、特にレーザビームの形態のビームエネルギをそこに適
用したときに一致状態変化を受け得る。
【００１７】１回だけ書込み可能な系においては、典型
的には堆積したままの状態ではアモルファスである材料
が、材料を結晶化するまたは材料の結晶化を開始するの
に十分なエネルギのレーザ光をただ１回適用することに
より、典型的にはただ１回のみ結晶状態に切換えられ得
る。このようにしてデータは材料上に記録される。或い
は材料は、それを結晶質からアモルファス状態に切換え
ることにより書込むこともできる。消去可能な系におい
ては、材料は、ある状態から別の状態へと繰り返して切
換えられ得ねばならない。そうするためには、第１のエ
ネルギのレーザビームを用いて材料を結晶化（またはガ
ラス化）することにより材料は書込まれ、第２の異なる
エネルギのレーザ光を用いてガラス化（結晶化）するこ
とにより材料は消去される。例えばいずれも本発明の譲
受人名義の米国特許第４，６６７，３０９号及び第４，
７４４，０５５号を参照されたい。
【００１８】本発明の材料は、組成が、ＴｅａＧｅｂＳ
ｂｃ 〔式中、ａ、ｂ及びｃは原子％で表されるものである〕
を有する。ａ、ｂ及びｃは、材料が結晶状態とアモルフ
ァス状態とで組成的一致を維持するように選択される。 特に材料が結晶状態にあるときには、材料がアモルファ
ス状態のときに有するのと実質的に同じ組成を有する主
要部分と、組成が、 ＴｅｄＧｅｅＳｂｆ 〔ｄ、ｅ及びｆは原子％で表される〕を有する少量部分
とを含む。少量部分の組成は主要部分の組成からそれほ
どかけ離れてはいない。特に、ａとｄ、ｂとｅ、及びｃ
とｆの差の合計は１６原子％以下である。即ち、少量部
分中にあるどの単一元素の量も主要部分中にある同じ元
素の量から８原子％以上は変化し得ない。
【００１９】ａ、ｂ及びｃは、合金の状態間の組成的一
致を維持するために慎重に選択されねばならない。特に
、ａが４９〜５３に維持され、ｂが３６〜４０に維持さ
れ、且つｃが７〜１１に維持されるならば、組成的一致
が維持されることが判明した。例えば下記の制限が保守
されるならば組成的一致が維持されることも考えられる
：Ｔｅ　　４７〜５３　　　　Ｇｅ　　４８〜４３　　
　　Ｓｂ　　　　３〜７、またはＴｅ　　４７〜５３　
　　　Ｇｅ　　３１〜３６　　　　Ｓｂ　　１５〜２１
、またはＴｅ４７〜５３　　　　Ｇｅ　　１５〜２１　
　　　Ｓｂ　　３１〜３６。
【００２０】上述の合金材料を使用するデータ記憶メモ
リ素子も特許請求される。この素子は、基板と、基板上
にある第１の誘電性閉じ込め層と、第１の誘電性閉じ込
め層上にある本発明の合金で形成されているメモリ層と
、メモリ層のすぐ上にある第２の誘電性閉じ込め層とを
含んでいる。必要によっては該素子は更に、合金層と第
２の閉じ込め層との間に、好ましくはアンチモンの光反
射層を含むこともできる。
【００２１】データ記憶媒体は、その実質的に均一な堆
積物を形成するように材料を堆積することによって形成
することもできる。堆積物の厚さは、用途によって最適
と考えられる反射率及びコントラスト比を与えるように
選択される。
【００２２】
【実施例】添付図面に示す実施例に基づく以下の詳細な
記載より本発明が更に十分に理解されよう。複数の図で
同じ要素を同じ参照符号で示す。
【００２３】図１及び図２は、基板、例えばプラスチッ
ク基板１１と、第１の誘電性閉込め層、例えば第１の酸
化ゲルマニウム閉込め層２１と、カルコゲナイド化合物
データ記憶媒体層３１と、アンチモン反射層３５と、第
２の誘電性層、例えば第２の酸化ゲルマニウム層４１と
、第２の基板例えばプラスチック基板５１とを有する投
射ビームデータ記憶デバイス１を示す。
【００２４】図２は、図１のデータ記憶デバイス１の断
面２をより詳細に示す。図２に示すように、基板１１は
ポリマーシート、例えばポリカーボネートシートである
。基板１１は実質的に光学的不変性及び光学的等方性の
透明シートから成る。基板１１の好ましい厚みは約１．
２ｍｍである。
【００２５】上部基板５１と閉込め層４１との間に、例
えば光重合アクリルシートから成る薄膜シート即ち層４
９が設けられている。これは、重合、成形、射出成形ま
たは注入成形によって重合シート１１に設けられた溝で
もよい。溝である場合、その厚みは約５００〜約１００
０Åであってもよい。薄膜シート即ち層４９は、基板５
１を閉込め層４１に固着させる接着層として作用し得る
。層４９は、約１〜約２００μ、好ましくは約１０〜約
１００μの厚みを有する。
【００２６】基板１１の上に誘電性障壁層２１が堆積さ
れている。シート４９とアンチモン光学層３５との間に
同様の誘電性閉込め層４１が存在する。例えば酸化ゲル
マニウムから成る誘電性障壁層２１、４１の各々は、約
５００〜約２０００Åの厚みを有する。誘電性層２１、
４１の光学厚みは好ましくは、これらの誘電性層を形成
する材料の屈折率に波長の１／４を乗算した値である。 誘電性障壁層２１、４１は１つ以上の機能を有する。こ
れらの層は、反射率を最適にする、及び／または活性層
を化学的に変化させる物質がカルコゲン活性層３１にゲ
ッタ作用することを防止する、及び／または例えば書込
み中または消去中のカルコゲナイド層３１の局部加熱に
よってプラスチック基板が変形することを防止する、な
どの機能を果たし得る。
【００２７】閉込め層２１、４１が別の誘電体材料から
形成されてもよい。例えば、閉込め層がシリカ、アルミ
ナ、シリコン窒化物またはその他の誘電体から成っても
よい。これらの材料がカルコゲナイド層３１に拡散する
のを防止するために、これらの任意の材料の組成は層状
または勾配状になっていてもよい。
【００２８】カルコゲナイド化合物データ記憶媒体層３
１は、少なくとも１つのアモルファス状態と１つの結晶
質状態とで存在し得る一致状態可変性材料から成る。材
料は、結晶質状態で検出可能な第１の特性、例えば光反
射率と、アモルファス状態で検出可能な第２の特性、例
えば同じく光反射率とを有する。１つの用途では、カル
コゲナイドメモリ層３１をアンチモン層３５の反射防止
膜として使用する。２つの層の光学定数は、最大反射率
コントラストを得るためにカルコゲナイド層の厚みを極
めて薄く（約３００Å）できるような値にする。カルコ
ゲナイド層３１は部分透過性でしかないため、カルコゲ
ナイド層３１が薄いほど、総反射率に与えるアンチモン
層３５の役割が大きくなり、コントラストが改善される
。アンチモン層３５の厚みはそれほど重要ではないが、
少なくとも最大反射率が得られる厚み（同じく約３００
Å）以上のときに最良結果が得られる。反射防止光学構
造で相変化カルコゲナイド合金薄膜を使用する場合、カ
ルコゲナイド層の厚みの適当な選択によって反射率の変
化方向を選択し得る。この場合、層の厚みは、材料が結
晶化した後で測定可能な反射率増加が生じるように選択
される。典型的には、書込み後の材料の反射率は、書込
み前のスポットの反射率の１倍半〜３倍以上である。ア
ンチモン層３５はまた、カルコゲナイド層３１が結晶化
状態にスイッチングされたときにカルコゲナイド層３１
の結晶化を開始させるシード層として機能する。従って
スイッチング速度が増加する。
【００２９】概して、材料の約５０原子％がテルルから
成り残りがゲルマニウム及びアンチモン、ビスマスまた
はスズから成るときに、スイッチング速度に関して最適
性能の材料が得られる。この改良材料は一般式Ｔｅ５０
（ＧｅＸ）５０〔式中、ＸはＳｂ、ＢｉまたはＳｎを示
す〕で示される。但し、一般式から数％の偏差は有意な
影響を伴わないものとして許容されることを理解された
い。
【００３０】Ｔｅ−Ｇｅ系は、菱面体結晶相を形成し、
（ＧｅＸ）成分がＴｅとほぼ１：１の割合で存在すると
きに結晶構造が面心立方になり、可逆的高速スイッチン
グが行なわれ得ると推測されている。
【００３１】通常は、所望のＴｅＧｅ相を確実に発達さ
せるためにある程度のゲルマニウムを存在させなければ
ならない。しかしながら、Ｇｅのかなりの部分をＳｂ、
Ｓｎ、Ｂｉなどで置き換えても、所望の形態（ｍｏｒｐ
ｈｏｌｏｇｙ）を維持できることが知見された。
【００３２】材料群の１つの特定例としてＴｅ５０（Ｇ
ｅＳｂ）５０がある。この材料中でＧｅがＳｂよりも多
量に存在する場合には、材料は同じような結晶化温度及
び速度を有する２つの相に晶出する。材料中でＳｂがＧ
ｅよりも多量に存在する場合には、結晶化によって１つ
の相だけが生じ易い。ＴｅＳｂが複数の非平衡結晶質相
を生じ易いことは判明していた。本発明によれば、系に
Ｇｅが存在するとＴｅ−Ｓｂ相が安定し、材料がアモル
ファス状態から一致結晶化し得ることが知見された。
【００３３】カルコゲナイド相３１の材料は、レーザエ
ネルギのような投射ビームエネルギを受けると一致組成
の状態変化を生じ得る。材料は、式ＴｅａＧｅｂＳｂｃ
〔式中、ａ、ｂ及びｃは原子％〕で示される組成を有す
る化合物であり、ａ、ｂ及びｃの値は、材料が結晶質状
態のときには材料が実質的に結晶質であり、材料がアモ
ルファス状態であるときと同じ組成を有する主結晶相を
含むように選択されている。結晶質材料は更に、式Ｔｅ
ｄＧｅｅＳｂｆ〔式中、ｄ、ｅ及びｆは原子％〕で示さ
れる組成を有する少数成分を含んでいてもよく、ａとｄ
との差、ｂとｃとの差及びｅとｆとの差の夫々の合計が
１６原子％以下である。
【００３４】一群の光記録薄膜組成物に関する実験後に
、ａが４９〜５３原子％、ｂが３５〜４３原子％及びｃ
が７〜１１原子％を示す組成物が、感度及び結晶化温度
Ｔｘについて試験したときに最適性能を発揮することが
実験的に決定された。
【００３５】図３は、本発明の請求の範囲に包含される
材料の種々のレーザパワーにおける相対反射率を示すグ
ラフである。図３に示すように、式Ｔｅ５３Ｇｅ３７Ｓ
ｅ１０の組成を有する材料は、書込みレーザパワーが６
または７ｍＷ以上のとき、非記録状態と記録状態との間
の相対反射率約２．５を示す。図３は、レーザパルス幅
１００ナノ秒を用いた閾値書込みパワーが６〜７ｍＷで
あることを示す。図３からわかるように、本発明の材料
は、６〜７ｍＷのパワーを有する書込みレーザパルスを
１００ナノ秒のパルス幅で受けると、第１の検出可能状
態から第２の検出可能状態にスイッチングする。
【００３６】図４及び図５は夫々、Ｔｅ５３Ｇｅ３７Ｓ
ｅ１０の材料のキャリア対ノイズ比を書込みパワー及び
書込み周波数に対してプロットしたグラフである。図４
から明らかなように、この材料で被覆されたディスクは
、レーザパワー５．５ｍＷ（１０ｍ／秒の直線トラック
速度）で書込まれたときに、５３ｄＢ以上のキャリア対
ノイズ比を示す。
【００３７】図５は、同じこの材料が１０ｍ／秒の直線
トラック速度のときに５ＭＨｚを上回る可用上限周波数
を有することを示しており、これはビット長さ０．８４
μに対応する。試験中の周波数は実質的に、使用したダ
イナミックテスタの光学素子の限界によって決定された
ので、本発明の材料の基本分解能はより高い値になり得
ると期待できる。
【００３８】以下の表は、ＴｅＧｅＳｂ系に含まれる一
群の組成物の実験的に決定された結晶化温度を示す。特
に、式Ｔｅ５３Ｇ３７Ｓｅ１０で示される組成を有する
材料は結晶化温度２１８℃を示した。
【００３９】 　　実験データに基づいて、本発明の材料を使用した光
薄膜の５０℃の熱安定性は数桁以上であると推定できる
。
【００４０】請求の範囲に記載の材料の１種の構造を決
定するために更に実験を続行した。本発明の請求の範囲
に包含される表示組成Ｔｅ５１Ｇｅ４０Ｓｂ９を有する
バルク合金を調製した。適量のテルルとゲルマニウムと
アンチモンとを一緒に粉砕してバルク合金を調製した。 この混合物を石英アンプルに入れ、次いでアンプルを排
気して密封した。攪拌のために揺動運動を与えながらア
ンプルを８５０℃で１時間半加熱した。合金を水中急冷
法で冷却し、次いでアンプルを開いた。次に合金を粒度
約１／６ｍｍに粉砕した。ソース温度約５２０℃を用い
た真空蒸着によって測定量の合金を堆積させた。堆積ル
ツボ内の材料が消耗するまで堆積処理を続行した。図６
に示すように、この一致組成の状態可変性材料の堆積速
度は時間の関数として直線状に変化し、これは定組成昇
華の所要特性である（米国特許第４６２１０３２号参照
）。 堆積中はシリコンウェーハをエバポラント流に接触させ
た。図７は、堆積材料の組成が堆積処理中を通じて一定
であることを証明するオージェ電子分光プロフィルであ
る。
【００４１】上記のバルク合金は、Ｘ線回折分析法及び
電子分散分光法（ｅｌｅｃｔｒｏｎｄｉｓｐｅｒｓｉｖ
ｅ　　ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ）によれば２つの相を
有することが判明した。主相は、組成Ｔｅ５２Ｇｅ３７
Ｓｂ１１を有しており、これは実験誤差の範囲内でバル
ク合金と同じ組成であると考えてよい。更に、表示組成
Ｔｅ５１Ｇｅ４４Ｓｂ５を有する少量相が第２の相とし
て存在する。 ２つの相は実質的に同じような結晶化温度及び速度論を
有する。材料の主相をオージェ電子分光法及び電子分散
分光法で観察した結果を、図８及び図９に夫々示す。オ
ージェ電子分光法は、バルクソースから堆積された薄膜
を分析するための特に有用な手段である。深度プロフィ
ル及び容量を有することによって、薄膜をイオンミリン
グで侵食しながら薄膜の組成を決定することが可能であ
る。従って、薄膜の組成を決定できるだけでなく、薄膜
の深さ方向の組成変化も観察し得る。図８に示すように
、（通常のサンプリング処理中及び保管中に表面に導入
される汚染物の影響を受ける）最初の数１０Åを過ぎる
と、薄膜の組成はその深さ全体でほぼ一定である。
【００４２】これらの３元素全部を含有し且つバルク材
料の組成と同様の組成を有する結晶を形成する別の組成
物がＴＡＧ三元系の範囲内で存在すると考えられる。例
えば、 Ｔｅ５１　　Ｇｅ４４　　Ｓｂ５ Ｔｅ５１　　Ｇｅ３２　　Ｓｂ１７ Ｔｅ５１　　Ｇｅ１７　　Ｓｂ３２ のような組成物は、元素比Ｔｅ：Ｇｅ：Ｓｂがこれらに
近い値を有する材料から一様に結晶化する。
【００４３】また、この組成物の材料が優れた性能特性
を示すことも予測される。
【００４４】勿論、ＴＡＧ三元系の範囲内のその他の元
素比も請求の範囲を満たすことが可能である。また、本
発明を光メモリ系に関して説明したが、本発明はかかる
系に限定されない。エネルギを与えることによって材料
を予定通りに状態変化させるような任意の系に使用でき
る。特に、本発明のメモリ材料は、状態変化を生じさせ
るべく材料に電気エネルギまたは熱エネルギを与える系
で使用できる。本発明を特定の実施態様及び実施例に関
して説明したが、本発明はこれらの実施態様及び実施例
に限定されない。本発明の範囲は、請求の範囲及びその
等価の概念によって規定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の教示に従って製造された光データ記憶
デバイスの厚み方向寸法及び垂直方向縮尺を拡大して示
す部分断面斜視図である。
【図２】図示の光データ記憶デバイスの種々の層の関係
を示す部分断面詳細図である。
【図３】本発明の請求の範囲に包含される材料を種々の
パルス幅の種々のレーザパワーで照射したときに得られ
た相対反射率を示すグラフである。
【図４】本発明の請求の範囲に包含される材料のキャリ
ア対ノイズ比と該材料に書込みを行なうために使用され
たレーザパワーとの関係をプロットしたグラフである。
【図５】本発明の請求の範囲に包含される材料のキャリ
ア対ノイズ比と該材料に書込みを行なうために使用され
た書込み周波数との関係をプロットしたグラフである。
【図６】ＴｅＧｅＳｂ合金ソースから蒸発によって堆積
される本発明の材料の堆積速度を時間の関数としてプロ
ットしたグラフである。
【図７】本発明の材料のオージェ電子分光プロフィルを
示すグラフである。
【図８】本発明の別の材料のオージェ電子分光プロフィ
ルを示すグラフである。
【図９】図８の材料のＸ線回折分光プロフィルを示すグ
ラフである。
【符号の説明】
１　　データ記憶デバイス １１、５１　　プラスチック基板 ２１、４１　　誘電性閉込め層 ３１　　データ記憶媒体層 ３５　　反射層

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　エネルギの入力に応答して第１の状態
    から第２の状態へと変化可能な状態可変メモリ合金であ
    って、前記第１の状態にあるときの第１の検出可能な特
    性と、前記第２の状態にあるときの第２の検出可能な特
    性とを有しており、前記第１及び第２の検出可能な特性
    が、反射率、バンドギャップ、電気抵抗、吸光、磁化率
    及び熱伝導性からなる群から選択され、更に、前記第１
    の状態が単一相を含み、且つ前記第２の状態が、（１）
    前記第１の状態と同じ組成を有する単一相かまたは（２
    ）実質的に類似の結晶化温度及び速度を有する複数の相
    のいずれかを含むことを特徴とする合金。
  2. 【請求項２】　　カルコゲナイド材料を含む請求項１に
    記載の合金。
  3. 【請求項３】　　少なくとも３種の元素を含む請求項１
    に記載の合金。
  4. 【請求項４】　　Ｔｅ、Ｇｅ及びＳｂを含む請求項１に
    記載の合金。
  5. 【請求項５】　　光エネルギの入力に応答して前記第１
    の状態から前記第２の状態へと変化し得る請求項１に記
    載の合金。
  6. 【請求項６】　　電気エネルギの入力に応答して前記第
    １の状態から前記第２の状態へと変化し得る請求項１に
    記載の合金。
  7. 【請求項７】　　熱エネルギの入力に応答して前記第１
    の状態から前記第２の状態へと変化し得る請求項１に記
    載の合金。
  8. 【請求項８】　　前記第１の状態がアモルファス状態で
    あり、且つ前記第２の状態が結晶状態である請求項１に
    記載の合金。
  9. 【請求項９】　　更に、基板と、前記基板上にある第１
    の誘電性閉じ込め層と、前記第１の誘電性閉じ込め層上
    にあるメモリ層と、前記メモリ層のすぐ上にある第２の
    誘電性閉じ込め層とを含んでおり、前記メモリ層が、少
    なくとも１つのアモルファス状態と少なくとも１つの結
    晶状態とで存在し得て、且つ組成が、 ＴｅａＧｅｂＳｂｃ 〔式中、ａ、ｂ及びｃは原子％で表されるものである〕
    を有すると共に、前記材料が結晶状態にあるときにはそ
    れが実質的には全体的に結晶性であって、材料がアモル
    ファス状態のときに有するのと同じ組成を有する主要部
    分と、組成が、 ＴｅｄＧｅｅＳｂｆ 〔ｄ、ｅ及びｆは原子％で表されるものであって、前記
    ａとｄ、ｂとｅ、及びｃとｆのそれぞれの差の合計は１
    ６以下である〕を有する少量部分とを含むように選択さ
    れた材料で形成されている、非アブレーション性で一致
    状態可変メモリ層である請求項１に記載の合金。
  10. 【請求項１０】　　一般式Ｔｅ５０（ＧｅＸ）５０〔式
    中、ＸはＳｂ、ＳｎまたはＢｉである〕を有しており、
    更に、前記第１の状態が単一相を含み、且つ前記第２の
    状態が、（１）前記第１の状態と同じ組成を有する単一
    相かまたは（２）実質的に類似の結晶化温度及び速度論
    を有する複数の相のいずれかを含むことを特徴とする請
    求項１に記載の合金。
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