Отзыв оппонента 1 (Оптические свойства тонких пленок Ge2Sb2Te5 и влияние на них легирующих примесей)

отзыв официального оппонента на диссертацию Нгуена Хуи Фук «Оптические свойства тонких пленок бе2БЬ2Те5 и влияние на них легирующих примесей», представленную на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.10 - Физика полупроводников В последнее десятилетие пристальный интерес вызывают работы по созданию устройств энергонезависимой фазовой памяти на основе сложных халькогенидов системы бе-ЯЬ-Те, получивших аббревиатуру ОБТ. Примерами коммерчески успешного использования устройств фазовой памяти являются перезаписываемые оптические диски хранения информации различных форматов: БУЙ-КАМ, ВУР-К/К%, 1ЭУР+К/К% и диски последнего поколения формата В1и-Кау.

За два десятилетия диски стандартного диаметра 12 см прошли значительный путь в развитии технических характеристик: от объема в 650 Мбайт и скорости обмена информацией 4,3 Мбит/сек, характерных для СВ и СР-КОМ, до объема в 50 Гбайт при скорости обмена 36 Мбит/сек, характерных для двухслойных дисков В!и-Кау. Помимо оптических дисков для хранения информации, в которых запись, стирание и считывание информации производится лучом лазера, разработаны также ячейки фазовой памяти формата РС-КАМ, ячейки произвольного доступа, управляемые электриче- ским импульсом, которые по оценкам экспертов могут составить конкуренцию в ближайшее время флэш-памяти (НазЬ Мепюгу).

Кроме увеличения скорости записи-считывания информации ячейки фазовой памяти ~РЬазе СЬапяе Мепюгу) обладают до определенных размеров стойкостью к радиационному воздействию, что открывает перспективы их использования в технике специального назначения и в космической электронике. Принцип записи и стирание данных в устройствах РСМ основан на резком изменении свойств материала в результате обратимого фазового перехода «аморфное - кристаллическое» состояние.

В случае оптических дисков таким параметром является оптическое отражение, в электронных ячейках характеристическим параметром является сопротивление нанообъема ХСП. Для сохранения аморфного или кристаллического состояния при комнатной температуре не требуется затрат энергии, поэтому данная фазовая память является энергонезависимой.

При этом фазовый переход и связанные с ним запись или стирание данных происходит в результате нагрева материала до определенной температуры с помощью лазерного излучения или электрического тока. Такой подход является гораздо более надежным, поскольку он не грозит утечкой заряда, что характерно для флэш-памяти. Парадоксальность ситуации состоит в том, что, несмотря на очевидные достижения в практическом использовании устройств фазовой памяти, многие вопросы, касающиеся фундаментальной стороны данного явления, остаются еще не до конца выясненными.

Например, существует несколько моделей, описывающих процессы в оптических дисках под действием лазерного луча. Примером может служить структурная модель А.В. Колобова, в основе которой лежат обратимые «прыжки» атома германия из тетраэдрического в октаэдрическое окружение под действием лазера.

Нет полной ясности со структурой аморфной фазы бБТ. Халькогенидное соединение бе~ЯЬ~Те~ (бБТ225) является одним из наиболее изученных соединений в системе бе- 'эЬ-Те. Тем не менее, вопрос оптимизации всего комплекса функциональных свойств данного материала применительно к устройствам ФП является в настоящее время актуальным. И, хотя у большинства халькогенидных полупроводников наблюдается нечувствительность к легирующим добавкам из-за большой плотности собственных дефектов, целенаправленное введение примесных элементов может привести к изменению свойств ОБТ и дать положительный эффект.

Введение легирующих примесей в материалы ОЯТ225 является достаточно сложной научной задачей, требующей как поиска соответствующих легирующих элементов, так и способов их введения в матрицу ХСП. Таким образом, для прогнозирования степени устойчивости и надежности хранения информации в РСМ-устройствах, в частности оптических носителях на бЯТ, необходимо более полное понимание самого физического яв- ления, влияния легирующих добавок и поведения материала бБТ при внешних воздействиях. Цель диссертационной работы заключается в экспериментальном исследовании влияния легирующих примесей на оптические характеристики и выявление эффективных методов управления свойствами тонких пленок бБТ225.

Автор диссертации выполнил большой объем технологических работ, связанных с синтезом поликристаллических сплавов бе-эЬ-Те-В1, бе-БЬ-Те1п и бе-ЯЬ-Те-Бп, а также исходного соединения Ое2ЯЬ2Те5 и аморфных тонкопленочных структур на его основе с различным содержанием легирующих примесей В~, Бп, 1п (0.5, 1 и 3 масс.о4). Проведен значительный объем экспериментальных работ. Автор диссертации установил, что введение висмута, индия и олова происходит по механизму примесного замещения основных компонентов (германия или сурьмы) в матрице СЯТ225 в соответствии с данными РФА и КРС.

Кроме того, установлено, что при введении легирующих примесей наблюдается изменение ширины оптической запрещенной зоны (Еа) и характеристической энергии Урбаха (Ео). Выявлено аномальное поведение оптических характеристик при введении 0.5 масс. ',4 В~: увеличение Ед и одновременное уменьшение Ео относительно значений для нелегированной аморфной пленки бБТ225. Установлено, что при кристаллизации аморфных пленок ОБТ225 происходит уменьшение величины ширины оптической запрещенной зоны Еа, обусловленное упорядочением структуры. Экспериментально установлено, что введение висмута и олова происходит увеличение оптического контраста тонкой пленки на 12 ... 54'.4 в зависимости от длины волны падающего света и концентрации висмута или олова.

В теоретической части диссертационной работы предложена двухслойная модель, объясняющая спектральные зависимости оптических констант тонких пленок бЯТ225, легированных висмутом, оловом и индием. Таким образом, на основании полученных теоретических и экспериментальных данных автором диссертации показано, что основная причина изменения оптического контраста тонких пленок бЯТ225, легированных висмутом, оловом и индием — это степень эффективности примесного замещения основных компонентов (германия или сурьмы) и соответствующие изменения энергии химической связи. В случае минимальных изменений структуры ближнего порядка, при одновременном уменьшении энергии химической связи, наблюдается увеличение оптического контраста (случай легирования оловом). Напротив, в случае значительного изменения ближнего порядка за счет изоморфного замещения наблюдается уменьшение оптического контраста (случай замещения сурьмы индием).

В промежуточном случае (легирование висмутом) оптический контраст может и увеличиваться, и уменьшаться в зависимости от концентрации вводимой примеси. Оценка содержания диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов по работе и содержит 171 страницу машинописного текста, включая 18 таблиц, 105 рисунков, 18 формул, библиографический список литературы из 137 наименований и 2 Приложе- ния. Качество оформления работы. Диссертация оформлена аккуратно, изложение материала выполнено с некоторыми грамматическими и лингвистическими ошибками.

Структура диссертации вполне продуманна и логична. Материалы, изложенные в диссертации, дают полное и законченное представление о проделанных исследованиях и полученных результатах. Публикация основных результатов. Основные научные результаты диссертации опубликованы в 22 научных работах, включая 8 статей в журналах из списка ВАК и 14 тезисов докладов на российских и международных конференциях. Соответствие автореферата материалам, представленным в диссертации.

Автореферат достаточно полно отражает основные результаты диссертационной работы, расхождений между результатами и выводами в авто- реферате и диссертации нет. Материалы исследований, представленные в диссертации и автореферате Нгуена Х.Ф., надлежаще оформлены и удовлетворяют требованиям «Положения о порядке присуждения ученых степеней» ВАК РФ, предъявляемым к кандидатским диссертациям, и соответствуют специальности 01.04,10 - «Физика полупроводников». Не вызывает сомнения научная новизна диссертационньгх исследований, которая заключается в следующем: 1. разработана модель экспериментальной структуры на основе тонких пленок бЯТ225 легированных висмутом, оловом и индием, адекватно описывающая спектральные зависимости оптических констант; 2. впервые определен оптический контраст для тонких пленок состава бЯТ225, легированных В1, Бп, 1п.

Установлено, что введение висмута и олова позволяет увеличить оптический контраст тонких пленок (до 20 - 30',4 при 1 = 400 нм и до 15 - 45',4 при Х = б50 нм); в случае легирования индием оптический контраст увеличивается до 20'.4 только в случае легирования 0.5 масс.',4 1п и только для длины волны Х = 650 нм и уменьшается для концентрацией 1п 1 и 3 масс.',4; 3. впервые показано, что введение легирующих примесей В1, Яп и 1п приводит к изменению структуры ближнего порядка аморфных тонких пленок бБТ225. Неоспорима практическая значимость результатов диссертационной работы. Научные результаты по изменению оптического контраста могут быть использованы при разработке составов активной области для оптических дисков хранения информации на основе материалов бе-БЬ-Те.