Автореферат (Оптические свойства тонких пленок Ge2Sb2Te5 и влияние на них легирующих примесей), страница 3

Данные представлены в таб. 2.Таблица 2. Данные элементного анализа аморфных тонких пленок GST225,легированных Bi.Состав тонкой пленки по данным ОРРИсходныйСодержание Bi в пленке(атом. ед.)материал(масс.%, расчет)GeSb+Te ВисмутКислородGST225+Bi6.800.024±2< (0.12± 0.04)0.48(0.5 масс. %)±0.200,010GST225+Bi6.860.053±2< (0.20± 0.06)1.07(1 масс. %)±0.200.010GST225+Bi6.900.14±2< (0.10± 0,04)2.75(3 масс.

%)±0.200,01010Интенсивность, отн.ед.По данным метода ОРР, представленным в таблице 2, видно, что существуетпрямо пропорциональная зависимость между содержанием легирующей примеси висходном поликристаллическом материале и в тонкой пленке. Количество вошедшегов пленки висмута в пределах ±10% не отличается от содержания легирующегоэлемента в исходном материале.Фазовый состав тонких пленок был определен методом РФА. Основныерефлексы показывают, что пленки после отжига представляют ГЦК фазу. Появляетсядополнительный рефлекс при 2θ~400, обусловленный ГЦК решеткой соединенияBi2Te3 вдоль направления (110).Для анализа также применялсяB1 133метод КРС, результаты которого76показали, что для пленок ссодержанием висмута 0.5 масс.%148были отмечены изменения какC14интенсивностей, так и положенияпиков В и С относительнонелегированной пленки (рис.

6).32СмещениеполосыСв1100150200250300350низкочастотную область можноВолновое число, смобъяснить тем, что легирование Рисунок 6. Спектры КРС для пленок GST225,происходит по принципу замещения легированных Bi: 1, 2, 3 – аморфные пленки GST225+Bi(0.5, 1 и 3 масс.%, соответственно), 4 – аморфная пленкасурьмы на висмут и появлением в GST225+0.5%Bi после аппроксимации распределениемПики в 133 и 148 см-1 обозначены как B1 и C1матрице, наряду со структурными Гаусса.соответственно.единицами Sb2Te3, также фрагментовBi2Te3.

Известно, что в кристаллах Bi2Te3 полоса 133 см-1 приписывается колебанияммоды A21g. Таким образом, примесное замещение Sb на Bi было подтвержденорезультатами РФА и КРС.Введение висмута в аморфную матрицу принципиально не меняет характерспектров поглощения, но приводит к изменению значений оптической ширинызапрещенной зоны и параметра Урбаха. Наблюдается закономерное уменьшение Egдля аморфных легированных пленок с 0.65 эВ по 0.51 эВ с увеличениемконцентрации Bi, а значения характеристической энергии Урбаха E0 увеличиваютсяот 0.08 эВ до 0.15 эВ. Выявлено аномальное поведение оптических характеристик привведении 0.5 масс.

% Bi: увеличение Eg и одновременное уменьшение E0относительно значений для нелегированнойпленки GST225.Были построены зависимости оптического контраста (R) для легированныхтонких пленок, представленные на рис. 7, которые позволяют оценить эффект отлегирования. Как видно из данного рисунка, при λ = 400 нм увеличение оптического406080100120140-111160180200Оптический контраст, %контраста составляет около 30% и варьируется в диапазоне 15 - 40% в зависимости отконцентрации висмута при длине603волны λ = 650 нм.402Таким образом, полученные20результатыпозволяютDVD-RW Recording0предположить, что внедрение-20Blu-Ray Recordingвисмута в матрицу GST225-401происходитпопринципу-60примесногозамещения;-80содержаниевисмутав-100концентрациях более 1 масс.%3004005006007008009001000Длина волн, нмявляетсяположительнымРисунок 7.

Оптический контраст для пленок GST225,фактором для материала фазовой легированныхвисмутом(1–GST225+0.5%Bi,2 – GST225+1%Bi, 3 – GST225+3%Bi).памяти типа GST225.Пятая глава посвящена изучению влияния легирующих примеси Sn и In наструктуру и оптические свойства тонких пленок GST225. Выполненный элементныйанализ методом РСМА показал, что количество индия и олова в тонких пленкахпрактически соответствует его содержанию в исходном материале. Разница непревышает ±1.6%.

Данные представлены в таблице 3 и 4.Таблица 3. Данные элементного анализа аморфных тонких пленок GST225,легированных оловом.Состав пленки по данным РСМАИсходныйСодержание Sn в пленке(атом. доли)материал(масс.%, расчет)GeSbТеSnGST225+Sn0.215640.24003 0.53824 0.006090.62(0.5 масс. %)GST225+Sn0.197940.24003 0.55315 0.0088870.93(1 масс. %)GST225+Sn0.150370.31057 0.49608 0.042983.80(3 масс. %)Таблица 4. Данные элементного анализа аморфных тонких пленок GST225,легированных индием.Состав пленки по данным РСМАИсходныйСодержание In в пленке(атом. доли)материал(масс.%, расчет)GeSbТеInGST225+In0.223630.22345 0.54828 0.004640.45(0.5 масс. %)GST225+In0.198400.26493 0.52801 0.008670.96(1 масс. %)GST225+In0.190960.26726 0.50644 0.035343.80(3 масс. %)Анализ дифрактограмм кристаллических тонких пленок, легированных оловомпоказан, что кроме основных рефлексов, обусловленных ГЦК решеток исходногоматериала, имеется дополнительный рефлекс при 2θ~40.40, который соответствует12Интенсивность, отн.ед.Интенсивность, отн.ед.кубической решетке SnTe (220).

В случае легирования In дифрактограммы всехсостав не отличаются от дифрактограмм нелегированной пленки.Для аморфной тонкой пленкиC 145117GST225, легированной 0.5 масс.% SnBбыло выявлено, что в спектрах КРС пикиA77В и С смещаются в низкоэнергетическуюAобласть относительно нелегированнойпленки, соответственно, 117 см-1 и 14 см-13(рис. 8, спектр 3).

Для тонкой пленки а406080100120140160180200GST225+Sn 3 масс.%, пики В и Ссмещаютсяещебольшев21низкоэнергетическуюобласть,до100150200250300350-1Волновое число, смзначений 108 см-1 и 140 см-1. Смещение Рисунок 8. СпектрыКРС для пленок GST225,полосы B в низкоэнергетическую область легированные Sn: 1, 2 – аморфные пленкиGST225+Sn (0.5 и 3 масс.%, соответственно),можно объяснить тем, что легирование 3 – аморфная пленка GST225+0.5% Sn послепроисходит по принципу замещения Ge аппроксимации распределением Гаусса.на Sn и появлением в матрице, наряду со структурными единицами GeTe4-nGen (n=1,2),также фрагментов SnTe. Можно полагать, что смещение пика С в низкочастотнуюобласть обусловлено возможным замещением атома Sb на Sn, в результате которогопомимо подрешетки Sb2Te3 появляются подрешетки SnTe, хотя данный механизмпредставляетсяэнергетическиB Cневыгодным.123150Для всех концентраций In вA76пленке (0.5, 1 и 3 масс.%) обаинтенсивных пика B и С смещены внизкоэнергетическуюобластьна4-1одинаковуювеличину5смотносительно нелегированной пленки2(рис.

9). Нужно отметить, что приD31легировании индием интенсивность100150200250300350пика D в районе 300 см-1 возрастаетВолновое число, смРисунок9.СпектрыКРС для пленок GST225,относительно чистых пленок GST225,легированные In: 1, 2, 3 – аморфные пленки GST225+Inчто говорит о росте концентрации (0.5, 1 и 3 масс.%, соответственно), 4 – аморфная пленкаэтаноподобных структурных единиц в GST225+0.5%In после аппроксимации распределениемГаусса.присутствии атомов индия.Таким образом, сравнение полученных экспериментальных данных слитературными данными для соединений In2Te3 и SnTe позволяет сделать вывод отом, что вводимые примеси индия и олова могут занимать позиции сурьмы илигермания, соответственно.6080100120140-113160180200Энергия, эВБыло проведено измерение оптического пропускания и расчеты значений Eg иE0 из спектров поглощения.

Как видно их приведенных графиков (рис. 10),наблюдаются сл. характерные особенности: в случае замещения германия на олово0,70происходит уменьшение Eg для2аморфных легированных пленок-- -- (1) Легирующий элемент Bi0,65-- -- (2) Легирующий элемент Inс 0.62 эВ до 0.51 эВ с-- -- (3) Легирующий элемент Snувеличением концентрации Sn и0,60данная зависимость является0,55Egмонотонной; в то же время, при13замещении сурьмы на висмут0,50илииндийзависимости0,2являются нелинейными и имеют0,1E0максимумприсодержанииОптический контраст, %0,00,51,01,52,02,53,0примеси 0.5 масс.%, после чегоКонцентрация легирующих примесей, масс.%они уменьшаются, например, с0.65 эВ до 0.51 эВ с Рисунок 10.

Концентрационные зависимости Eg и E0 аморфныхтонких пленок GST225, легированных Bi, Sn, In.увеличением концентрации Bi.Значения характеристической энергии Урбаха E0 увеличиваются от 0.10 эВ до0.18 эВ для легирования Sn; от 0.08 эВ до 0.15 эВ для случая легирования Bi, от0.15 эВ до 0.18 эВ для пленок легированных In.Были рассчитаны оптические константы (n и k) аморфных и кристаллическихпленок методом спектроскопической эллипсометрии, на основании которых былирассчитаны значения оптического60контраста. Как видно из рис.

11,50Blu-Ray Recordingвведение олова, так же как и40висмута, оказывает в основном30DVD-RW Recordingположительноевлияниена1320оптический контраст, а именно,при λ = 400 нм увеличение102оптического контраста составляет0около 18% при содержании-10примеси 0.5 масс.%, и варьируется3004005006007008009001000Длина волн, нмв диапазоне 12-54% в зависимостиРисунок 11. Оптический контраст для пленок GST225,от концентрации олова при длине легированных Sn (1 – GST225+0.5%Sn, 2 – GST225+1%Sn, 3 –GST225+3%Sn.волны λ = 650 нм.Установлено, что для тонких пленок, легированных индием, увеличениеоптического контраста до 20% наблюдалось только в случае легирования 0.5 масс.%In и только для длины волны λ = 650 нм. Увеличение концентрации индия приводилок значительному уменьшению оптического контраста.14Обсуждение полученных результатовВыявленный в данном исследовании различный характер влияния исследуемыхпримесей на оптический контраст тонких пленок GST225 был проанализированисходя из того, что эта величина определяется разностью показателя преломления n икоэффициента экстинкции k двух фаз: аморфной и кристаллической.