Диссертация (Оптические свойства тонких пленок Ge2Sb2Te5 и влияние на них легирующих примесей), страница 11

[36], что пик в районе ~150 см-1 связан с колебаниямиподсистемы Sb2Te3. В пользу данного утверждения говорит тот факт, чтосогласно исследованиям EXAFS [105,107] гомополярных связей Те-Те иSb-Sb в аморфных пленках a-GST225 не обнаружено. В расчетной работе[108] указанная точка зрения была конкретизирована, и было установлено,74что этот пик соответствует колебаниям моды A21g структурных единицSb2Te3 (рис. 3.9).

Данный вывод коррелирует с теоретическими расчетами иэкспериментальными данными для соединения Sb2Te3, для которогонаблюдались пики вблизи 151 см-1 [109] и в интервале 165-167 см-1 [40, 110].РисунокКолебание3.9.структурных единиц A21g моды Sb2Te3[108]Пик вблизи 80 см-1 приписывают колебаниям E моды структурныхединиц типа тетраэдр GeTe4 [104] (см. рис. 3.10).Рисунок 3.10. Колебание E моды вGeTe4 тетраэдре согласно [98].Слабый по интенсивности пик вблизи 300 см-1 наблюдался в спектрахКРСаморфныхпленока-GST225,нонепроявляетсявспектрекристаллических пленок к-GST225,и он соответствует растяжению связи GeGe в этаноподобном кластере (см. рис.

3.11) [106], либо колебаниям связиGe-Ge в чистом германии [111].Рисунок3.11.Структурныеединицы растяжения связи Ge-Ge вэтаноподобном кластере [103].75Отметим, что теоретические расчеты оптических мод для аморфныхпленок GST225 также выявили пики 143 см-1 и 160 см-1 [39], что в целомкоррелируетсэкспериментом.Другиеблизкиеметоды,например,когерентное рассеяние фононов, также показали похожие результаты, аименно, наличие интенсивных пиков 3.7 ТГц (123см-1) и 4.8 ТГц (160 см-1)[40].Для кристаллических пленках GST225 (рис.

3.6, спектр 2) положениянаиболее интенсивных пиков В и С смещаются в разные направлениях посравнению с аналогичными полосами для аморфных пленок GST225. Анализлитературных данных показал, что в спектрах КРС кристаллических пленокGST225 наблюдаются два главных пика с максимумами ~110 и ~160 см-1[38,45]. В работе [45] такие моды приписывались колебаниям в GeTe4тетраэдре и SbTe3 пирамиде, или связи Sb-Sb в этиленоподобныхструктурных единицах типа (Te2)Sb-Sb(Te2) или (TeSb)Sb-Sb(Te2).Типыколебанийипараметрыосновныхпиковпредставленыв таблице 3.2.Таблица 3.2. Типы колебаний и параметры пиков спектра КРСдля а-GST225.Типы колебанияСдвиг,Полуширина,Интенсивностьструктурных единицλ (см-1)∆λ (см-1)(нормированная)AE моды GeTe4802225.6BGeTe4-nGen (n=1,2)1252737.1CA21g моды Sb2Te31532837.3300--ПикиРастяжение связи Ge-GeDв этаноподобномкластере или чистомтетраэдре Ge763.3. Оптическое пропускание тонких пленок GST225 и результатырасчета оптических свойствС целью получения данных по оптической ширине запрещенной зоны ихарактеристической энергии Урбаха были выполнены измерения спектраоптического пропускания аморфных пленок GST225.

Полученный спектрпредставлял монотонную кривую без осцилляций. При помощи PUMAметодом моделирования пленок был аппроксимирован экспериментальныйспектр, что позволяет рассчитать спектр коэффициента поглощения. Нарис. 3.12 приведены экспериментальный и рассчитанный по ф.2.1 спектрыпропускания аморфной тонкой пленки GST225. Видно, что степеньсходимости расчетного и экспериментального спектров является высокой(σ2= 7.65.10-4).100Пропусканиe, T (%)9080706050403020500750100012501500175020002250Длина волн, нмРисунок 3.12.

Экспериментальный (точки) и рассчитанный (сплошныелинии) спектры пропускания для аморфной тонкой пленки GST225.Нарис.3.13представленырезультатырасчетаспектральныхзависимостей коэффициента поглощения для аморфных тонких пленокGST225.Расчетныйспектркоэффициентапоглощенияимеетдвехарактерные области, что соответствует описанной в главе 2 модели спектра77пропускания. В области энергий фотонов больше 0.61 эВ (см.

область 1 нарис. 3.13) спектр хорошо описывается параболической моделью Тауца. Приэнергиях фотонов меньше 0.61 эВ наблюдается «хвост» Урбаха, которыйсоответствует экспоненциальному закону (см. область 2 на рис. 3.13). Такаяхарактерная кривая для GST225 была получена в работах других авторов,например в работе [49].4,0x1043,5x1043,0x1042,5x1042,0x1041,5x1041,0x1045,0x103III0,00,40,81,21,62,0Энергия (эВ)2,42,83,2Рисунок 3.13. Расчетный спектр коэффициента поглощения аморфнойтонкой пленки GST225.2300h cm160eV4001201100h cмэВ20000,60,91,21,82,12,42,73,0Энергия, эВ800.614000,41,50,50,60,70,80,91,0Энергия, эВ1,11,21,31,41,5Рисунок 3.14.

Расчет Eg для аморфной тонкой пленки GST225.78Для определения оптической ширины запрещенной зоны по спектрампоглощения в соответствии с выражением (2.2) были построены зависимости(  )1/ 2  f ( ) (рис. 3.14, кривая 2), на которой был выделен линейныйучасток и затем он экстраполировался до пересечения с осью абсцисс (рис.3.14, кривая 1); точка пересечения прямой с осью соответствует Eg. Было-1Коэффициент поглощения, см )получено значение Eg=0.61 эВ.Equation1000y = y0 + A1*exp((x-x0)/t1)Adj. R-Squ0.99981900Value800BBy0x0BBA1t1Standard Er-1064.296 101.155520.61023 3459.229291907.4880.132712.77581E70.01441700600500ИзмерениеРасчет4003002000.540.560.580.600.620.640.66Энергия, эВРисунок 3.15. Расчет E0 для аморфной тонкой пленки GST225.Для нахождения характеристической энергии E0 в соответствии свыражением (2.3), на спектре выделялся участок в области хвоста Урбаха(см.область2нарис.3.13),которыйзатемаппроксимировалсяэкспоненциальной функцией (рис.

3.15), позволяющей получить значениеэнергии Урбаха E0=0.13 эВ.3.4. Оптическое пропускание тонких пленок GST124, GST147 ирезультаты расчета их оптических константКак указывалось в главе 1, в качестве материалов ФП так жеиспользуют соединения GeSb2Te4 (GST124) и GeSb4Te7 (GST147), для нихимеется большое количество литературных данных, в том числе по79оптическим характеристикам. Поэтому представлял интерес применитьразработанную для соединения GST225 методику расчета оптическихконстант к этим соединениям.

С этой целью были проведены измеренияоптического пропускания и рассчитаны оптические константы для тонкихпленок GST124 и GST247. Результаты расчета спектра пропускания сиспользованием программного обеспечения PUMA представлены на рис.3.16. Степень сходимости расчетных и измеренных спектров σ2 равна 1.2.10-4.10090Пропускание, T (%)80GST14770605040GST12430205001000150020002500Длина волны, нмРисунок 3.16. Экспериментальные (точки) и рассчитанные (сплошныелинии) спектры пропускания для аморфной тонких пленок GST147 и GST124.Затем были рассчитаны в соответствии с алгоритмом (см.

стр. 77,78)коэффициенты поглощения и оптическая ширина запрещенной зоны.Полученные результаты представлены на рис. 3.17, значения Eg и E0представлены в таблице 3.3 и на рис. 3.18. Как видно из этих данныхзначение, Eg увеличивается от 0.5 до 0.61 эВ с ростом содержания GeTe вквазибинарной системе GeTe-Sb2Te3.804-1Коэффициент поглощения см )3,0x10GST12442,5x1042,0x10GST14741,5x1041,0x1035,0x100,00,51,01,52,02,53,0Энергия (эВ)Рисунок 3.17. Расчетные спектрыаморфных тонких пленок GST147 и GST124.коэффициентапоглощения180210160180GST124эВ12010080h cм12090h cмэВ14015060GST1470.5600.5440302000-200.40.60.81.01.21.41.61.82.00.30.40.5Энергия, эВ0.60.70.91.01.11.21.31.41.5Энергия, эВ(а)(б)1200Equationy = y0 + A1*exp((x-x0)/t1)Adj.

R-Squar0.99982Value800-11000Standard ErroBy0-562.0842--Bx00.5225.31508E10BA1649.991342.69004E14Bt10.091--600400200ИзмерениеРасчет00.660.680.700.72Коэффициент поглощения, см )-1Коэффициент поглощения, см )0.80.740.76Энергия, эВ0.780.80(в)0.82Equation1000y = y0 + A1*exp((x-x0)/t1)Adj. R-Squar0.99957Value800Standard ErroBy0-138.3988Bx00.54299BA1216.866448.4151--Bt10.080.00149--600400200ИзмерениеРасчет00.600.650.700.750.80(г)Рисунок 3.18. Расчет Eg и E0 для аморфных тонких пленок GST147 (а,в)Энергия, эВи GST124 (б,г).81Таблица 3.3.

Расчетные оптические константы системы Ge-Te-Sb.Аморфная фазаEg, эВСоставРасчетGST2250.610±0.001GST1240.540±0.001GST1470.500±0.001Кристаллическая фазаE0, эВЛитературныеданные0.7 [112]0.63 [49],0.8 [113],0.74 [46]0.59 [49],0.71 [113]0.56 [49],0.7 [113]Eg, эВРасчетЛитературныеданныеРасчет0.130±0.0010.072 [49],0.05 [46]0.400±0.0010.080±0.0010.084 [49]0.370±0.0010.090±0.0010.073 [49]0.330±0.001Литературныеданные0.5 [112]0.40 [49],0.41 [113],0.5 [46]0.34 [49],0.43 [113]0.32 [49],0.34 [113]Из данных результатов расчетов следует, что для всех исследованныхсоединений при энергиях фотонов   Eg зависимость коэффициентапоглощения хорошо описывается параболическим законом в соответствии смоделью Тауца; при энергиях фотонов  <E g край Урбаха соответствуетэкспоненциальной зависимости. Следует отметить, что результаты расчетакоррелируют с литературными данными (см.

таб. 3.3), а имеющиесярасхождения могут быть объяснены различной технологией приготовлениятонких пленок.3.5. Оптические константы пленок GST2253.5.1. Спектральные зависимости показателя преломления икоэффициента экстинкции, расчет оптического контрастаДляаморфнойикристаллическойпленоксоставаGST225экспериментальные спектры эллипсометрических параметров Ψ и Δпредставляли монотонные кривые без осцилляций, на основании которыхчисленным моделированием по ф.