Статья:

ЛОКАЛЬНОЕ ОКРУЖЕНИЕ АТОМОВ ГЕРМАНИЯ В АМОРФНЫХ И КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНКАХ (Sb2Te3)xGeTe

Конференция: LIX Международная научно-практическая конференция «Научный форум: технические и физико-математические науки»

Секция: Физика полупроводников

Выходные данные
Марченко А.В., Серегин П.П. ЛОКАЛЬНОЕ ОКРУЖЕНИЕ АТОМОВ ГЕРМАНИЯ В АМОРФНЫХ И КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНКАХ (Sb2Te3)xGeTe // Научный форум: Технические и физико-математические науки: сб. ст. по материалам LIX междунар. науч.-практ. конф. — № 9(59). — М., Изд. «МЦНО», 2022.
Конференция завершена
Мне нравится
на печатьскачать .pdfподелиться

ЛОКАЛЬНОЕ ОКРУЖЕНИЕ АТОМОВ ГЕРМАНИЯ В АМОРФНЫХ И КРИСТАЛЛИЧЕСКИХ ПЛЕНКАХ (Sb2Te3)xGeTe

Марченко Алла Валентиновна
д-р физ. –мат. наук, профессор, профессор, Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена, РФ, г. Санкт-Петербург
Серегин Павел Павлович
д-р физ. -мат. наук, профессор, профессор Российского государственного педагогического университета им. А.И. Герцена, РФ, г. Санкт-Петербург

 

LOCAL ENVIRONMENT OF GERMANY ATOMS IN AMORPHOUS AND CRYSTALLINE FILMS (Sb2Te3)xGeTe

 

Alla Marchenko

Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor, Professor of the Russian State Pedagogical University. A.I. Herzen, Russia, St. Petersburg

Pavel Seregin

Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor, Professor of the Russian State Pedagogical University. A.I. Herzen, Russia, St. Petersburg

 

Аннотация. Методом мессбауэровской спектроскопии на изотопе 119Sn определено валентное состояние и локальное  окружение атомов германия в аморфных и кристаллических пленках Ge3Sb2Te6, Ge2Sb2Te5, GeSb2Te4 и  GeSb4Te7. В кристаллических пленках двухвалентный германий, находится в октаэдрических позициях ромбоэдрически искаженной решетке типа NaCl, тогда как в аморфных пленках четырехвалентные атомы германия образуют тетраэдрическую систему химических связей. Во всех пленках в ближайшем окружении германия находятся преимущественно атомы теллура.

Abstract. The valence state and local environment of germanium atoms in amorphous and crystalline Ge3Sb2Te6, Ge2Sb2Te5, GeSb2Te4, and GeSb4Te7films have been determined by Mössbauer spectroscopy on the 119Sn isotope. In crystalline films, divalent germanium is located in octahedral positions in a rhombohedrally distorted NaCl-type lattice, while in amorphous films, tetravalent germanium atoms form a tetrahedral system of chemical bonds. In all films, the nearest environment of germanium contains predominantly tellurium atoms.

 

Ключевые слова: локальная структура; мессбауэровская спектроскопия; аморфные и кристаллические пленки Ge3Sb2Te6, Ge2Sb2Te5, GeSb2Te4 и GeSb4Te7.

Keywords: local structure; Mössbauer spectroscopy; amorphous and crystalline Ge3Sb2Te6, Ge2Sb2Te5, GeSb2Te4, and GeSb4Te7 films.

 

Материалы с фазовым переходом благодаря значительному контрасту в проводимости и отражательной способности между кристаллической и аморфной фазами могут использоваться для хранения и кодирования данных для энергонезависимой памяти. Считается, что составы, лежащие на псевдобинарной линии GeTe – Sb2Te3  (обозначим их GeSbTe) являются наиболее перспективными материалами для создания перезаписываемых оптических запоминающих устройств [1]. На сегодняшний день кристаллические структуры сплавов GeSbTe (обозначим их c-GeSbTe) подробно исследованы [2, 3]. Также было проведено много исследований с целью определения структуры ближнего порядка аморфных сплавов GeSbTe (обозначим их a-GeSbTe) [4], однако эти структуры все еще обсуждается [5].

Настоящая работа посвящена исследованию методом абсорбционной мессбауэровской спектроскопии на изотопе 119Sn природы локального окружения атомов германия в кристаллических и аморфных пленках Ge3Sb2Te6, Ge2Sb2Te5, GeSb2Teи GeSb4Te7.

Нелегированные и легированные оловом 119Sn рентгеноаморфные пленки Ge3Sb2Te6, Ge2Sb2Te5, GeSb2Te4, GeSb4Te7 и Ge2.95Sn0.05Sb2Te6, Ge1.95Sn0.05Sb2Te5, Ge0.95Sn0.05Sb2Te4, Ge1.95Sn0.05GeSb4Te7 (обозначим их a-Ge(Sn)SbTe) были получены методом магнетронного распыления поликристаллических мишеней. Для получения кристаллических пленок c-GeSbTe и c-Ge(Sn)SbTe аморфные пленки  отжигали при 150° C.

Мессбауэровские спектры снимались на спектрометре СМ 4201 TerLab при 80 К с источником Ca119mmSnO3. Изомерные сдвиги δ спектров 119Sn приводятся относительно поглотителя CaSnO3

Мессбауэровские спектры примесных атомов 119Sn в кристаллических и аморфных пленках Ge(Sn)SbTe представляют собой одиночные линии с шириной на полувысоте G ~ 1.30–1.36 мм/с (при аппаратурной ширине спектров Gapp = 0.79(2) мм/с). Спектры кристаллических пленок имеют изомерные сдвиги δ ~   3.49–3.54  мм/с, для аморфных пленок получены значения  δ ~ 2.03–2.09 мм/с.

Спектры примесных атомов 119Sn пленок с-GeSbTe соответствуют двухвалентному шести координированному олову, которое изовалентно замещает в катионных узлах кристаллической решетки атомы двухвалентного шести координированного германия. Уширение спектров тройных соединений связано также с наличием в катионной подрешетке этих соединений большой концентрации стехиометрических вакансий.

Изомерные сдвиги спектров 119Sn аморфных пленок Ge(Sn)Sb, имеют значения, близкие к значениям изомерных сдвигов спектров примесных атомов олова 119Sn в монокристаллическом германии δ = 1.79(1) и спектра серого олова α-Sn δ = 2.10(1) мм/с, которые образуют область изомерных сдвигов соединений четырехвалентного олова с тетраэдрической sp3 системой химических связей. Отсюда можно сделать вывод, что примесные атомы олова в структуре пленок a-GeSbTe изовалентно замещают четырехвалентные атомы германия, образующих тетраэдрическую систему химических связей (локальное координационное число атомов германия в аморфных пленках равно четырем).  

Cпектры всех аморфных пленок .имеют изомерные сдвиги в пределах δ ~ 2.06–2.09 мм/с. Отметим, что в  этих же пределах лежат изомерные сдвиги спектров примесных атомов 119Sn в стеклообразном сплаве Ge1.45Sn0.05Te8.5, в которых атомы германия (олова) четырехвалентны, образуют систему sp3 связей (их координационное число равно четырем) и имеют в локальном окружении только атомы теллура. Исходя из всего выше приведенного, следует заключить, что в аморфных пленках а- Ge(Sn)SbTe и a-GeSbTe в локальном окружении атомов германия находятся атомы теллура.

Мессбауэровские спектры примесных атомов 119Sn в пленках a-GaSbTe уширены по сравнению с аппаратурной шириной спектров 119Sn. Это может быть следствием искажения углов между химическими связями атомов олова и германия с атомами теллура в их ближайшем окружении. Уширение спектров примесных атомов 119Sn в пленках a-GaSbTe может быть связано и с флуктуациями в расстоя­ниях от атомов олова (германия) до атомов теллура при сохранении тетраэдрической системы. химических связей (уширению спектра за счет неоднородного изомерного сдвига).

 

Список литературы:
1. Qiao C., Guo Y.R., Wang J.J., Shen H., Wang S.Y., Zheng Y.X., Zhang R.J., Chen LY., Wang C.Z., Ho K.M., The local structural differences in amorphous Ge-Sb-Te alloys // Journal of Alloys and Compounds.  2019. V. 774,  P. 748.
2. Zhang B., Wang X.P., Shen Z.J., Li X.B., Wang C.S., Chen Y.J., Li J.X., Zhang J.X., Zhang Z., Zhang S.B., Han X.D., Vacancy structures and melting behavior in rock-salt GeSbTe // Sci. Rep. 2016. V.6. P. 25453. 
3. Wang X., Li X., Chen N., , Chen Q., Han X., Zhang S., Sun H., Element-specific amorphization of vacancy-ordered GeSbTe for ternary-state phase change memory // Acta Material. 2017. V. 136. P. 242.
4. Kolobov A.V., Font P., Frenkel A.I., Ankudinov A.L., Tominga J., Uruga T., Understanding the phase-change mechanism of rewritable optical media // Nat. Mater. 2004. V. 3. P. 703.
5. Stellhorn J.R., Hosokawa S., and Kohara S., Local- and Intermediate-Range Structures on Ordinary and Exotic Phase-Change Materials by Anomalous X-ray // Scattering. Analytical Sciences. 2020. V. 36. P. 5.