توصيفگر ها :
آلياژ GST , حافظه هاي تغييرفاز دهنده , ميدان فاز , فشار استحاله , حفره ها و نابه جايي ها , ناخالصي ساختاري
چكيده فارسي :
در سالهاي اخير، تحقيقهاي فراواني در زمينه مواد تغييرفازدهنده، بهويژه آلياژهاي پايه كالكوژن، انجام شده است كه داراي كاربردهاي
متنوعي در حوزههاي گرمايي، الكتريكي و اپتيكي هستند. يكي از اين مواد، آلياژ سهگانه GST است كه تركيبي از ژرمانيوم، آنتيموان
و تلوريوم ميباشد و بهويژه در حافظههاي تغيير فاز دهنده بهخاطر توانايياش در تغيير فاز بين ساختارهاي بلوري و آمورف اهميت
دارد. اكثر مطالعات پيشين بر پايه روشهاي ترموديناميكي، شبيهسازي اتمي و تجربي بودهاند، اما بهكارگيري روش ميدان فاز بهعنوان
يك رويكرد نوين ميتواند در بررسي ترموديناميك، سينتيك و تغييرات ساختاري اين ماده مؤثر باشد. اين پاياننامه به بررسي فشار
فرايند استحاله بلور - آمورف در نانو اليههاي آلياژ GST تحت بارگذاري همزمان مكانيكي و گرمايي با استفاده از مدل ميدان فاز
پرداخته و فشار استحاله در دماهاي مختلف استخراج ميگردد. از نوآوريهاي اين پاياننامه ميتوان به در نظر گرفتن كرنش استحاله
و ايجاد وابستگي ميان فشار و مدول بالك از طريق معادله مورناگان اشاره كرد. نتايج شبيهسازي اتمي نشان ميدهد كه فشار در
ساختارهاي بدون عيب آلياژ GST به دهها گيگاپاسكال ميرسد، در حالي كه اين فشار در نمونههاي تجاري و آزمايشگاهي بهطور
قابلتوجهي كمتر است. يكي از فرضيات براي توضيح اين كاهش فشار، وجود عيوب ساختاري، بهويژه حفرهها و نابهجاييها است. نتايج
نشاندهنده نزديكتر شدن فشار استحاله با حضور عيوب ساختاري و همچنين استفاده از مدول بالك متغير و مطابقت آن با نتايج
شبيهسازي اتمي است. حفرهها بر اساس تعداد و شعاع بر فشار استحاله تأثير ميگذارند و اثر نحوه جانمايي و فاصله حداقلي آنها
نسبت به يكديگر بر فشار استحاله يكي از نتايج حائز اهميت حضور نانوحفرههااست. همچنين تركها بهعنوان عيوب ساختاري به
واسطه تمركز تنشي كه ايجاد ميكنند بر فشار استحاله تأثيرگذار خواهند بود. نتايج نشان ميدهد كه افزايش دما بر فشار استحاله در
حضور ترك بر خالف حضور نانوحفرهها بيتأثير است. در نهايت، ميتوان گفت مهمترين عامل مؤثر بر فشار استحاله، كرنش استحاله
است.
چكيده انگليسي :
In recent years, extensive research has been conducted on phase-change materials, especially
chalcogenide-based alloys, which have numerous thermal, electrical, and optical applications. One
of these materials is the ternary GST alloy, consisting of germanium, antimony, and tellurium,
which is particularly significant in phase-change memory due to its ability to change phase between
crystalline and amorphous structures. Most previous studies have been based on thermodynamic
methods, atomic simulations, and experimental approaches, but using the phase-field method as an
innovative approach can assist in investigating the thermodynamics, kinetics, and structural changes
of this material. This thesis examines the crystal-amorphous transition process in GST alloy
nanolayers under the simultaneous mechanical and thermal loading using the phase-field model,
and the transition pressure at different temperatures is extracted. The results of atomic simulations
indicate that this pressure can increase to several gigapascals in defect-free GST alloy structures,
whereas in commercial and laboratory samples, this pressure is significantly lower. One of the
hypotheses to explain this reduction in pressure is the presence of structural defects, especially
vacancies and dislocations (plasticity).In this research, using the phase-field model and considering
the vacancy structure in the GST nanolayers, the variations in transition pressure and structural
growth as a function of the surface area percentage of vacancies are extracted, showing a good
agreement with experimental results. Additionally, the effect of dislocations, in the form of cracks,
on the reduction of transition pressure is analyzed. Throughout these stages, the impact of thermal
strains due to high temperatures during the crystallization process is demonstrated. The differences
in the properties of crystalline and amorphous phases, including elastic modulus and thermal
expansion coefficient, have also been incorporated into the modeling.
