Study of in situ crystallization and strain in GeTe nanostructures by X ray synchrotron diffraction

Les matériaux à changement de phase (PCM, Phase Change Materials) sont utilisés dans les dispositifs mémoires PCRAM (Phase-Change Random Access Memory), dans lesquels l’information est stockée par l’état du PCM (cristallin ou amorphe, correspondant aux deux états d’information 0/1). La lecture se fait par la mesure de la résistance du PCM qui est très différente suivant son état amorphe ou cristallin. L’optimisation et la fiabilité de ces dispositifs mémoires repose sur une compréhension fine des mécanismes physiques à l’œuvre lors de la transition amorphe-cristal. Pendant cette thèse, un système modèle (GeTe) a été caractérisé in situ au synchrotron. Le comportement thermoélastique et le mécanisme de cristallisation ont été étudiés pour plusieurs géométries d’échantillon : des films minces (épaisseurs de 100 nm à 5 nm), des nano-piliers (diamètre 50 nm à 250 nm, 50 nm de haut) et des agrégats (diamètre 10 nm)Phase Change Materials (PCM) are used in PCRAM (Phase-Change Random Access Memory) devices, where the information is stored by the PCM state (crystalline or amorphous, corresponding to the two binary information states, 0/1). The stored data is read as the resistivity of the PCM which differs strongly whether it is in amorphous or crystalline state. A detailed understanding of the physical mechanisms during the amorphous to crystal phase transition is of utmost importance for the optimization and the reliability improvement of these memory devices. In this work, a model system (GeTe) was in situ characterized at a synchrotron facility. The thermoelastic behaviour and crystallization mechanism were studied for several sample geometries: thin films (thicknesses of 100 nm down to 5 nm), nano-pillars (diameter 50 nm to 250 nm, 50 nm height) and clusters (diameter of 10 nm