Perkolationsphänomene in chalkogeniden Phasenwechsel-Dünnschichten; Untersuchung des Einflusses der Dotierung mit Sn, N und O auf Struktur und Phasenbildung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Ein Modell wurde erstellt zur allgemeinen Beschreibung der Struktur verschiedener Ge-Sb-Te-Phasen (Ge2Sb2Te5, GeSb2Te4, GeSb4Te7 und Ge3Sb2Te6) mittels theoretischer und experimenteller Methoden. Basierend auf ab initio-Berechnungen ergeben sich folgende Stapelfolgen: Te-Ge-Te-Sb-Te-v-Te-Sb-Te-Ge- für Ge2Sb2Te5, Te-Ge-Te-Sb-Te-v-Te-Sb- für GeSb2Te4, Te-Ge-Te-Sb-Te-v-Te-Sb-Te-Sb-Te-v-Te-Sb- für GeSb4Te7 und Te-Ge-Te-Ge-Te-Sb-Te-v-Te-Sb-Te-Ge- für Ge3Sb2Te6. Das Modell stimmt mit überein mit Röntgenbeugungsdaten gesputterter Schichten bestehend aus Ge2Sb2Te5. GeSb2Te4, GeSb4Te7 und Ge3Sb2Te6. Des weiteren wurden N- und Si- dotierte Ge2Sb2Te5-Schichten mittels Magnetronsputtern hergestellt, geglüht und analysiert. Mit zunehmendem N- und Si-Gehalt steigt die Kristallisationstemperatur, während der amorphe Anteil in den kristallisierten Proben zunimmt. Während die Korngröße des kubischen Ge2Sb2Te5 mit zunehmendem Si Gehalt unverändert bleibt, verursacht ein steigender N-Gehalt Kornfeinung. Es wird vermutet, dass N und Si sich in der amorphen Phase anreichern. Das Kristallwachstum in Ge2Sb2Te5 mit N könnte durch stark kovalente Bindungen zu Te unterdrückt werden. Ab initio-Berechnungen von verschiedenen Ge2Sb2Te5 Phasen mit N und Si auf verschiedenen Gitter- und Zwischengitterplätzen unterstüzen diese Annahme. Die Bildungsenergie für Ge2Sb2Te5 mit N Ist ca. lOOmeV/Atom höher als für Ge2Sb2Te5 ohne N, und die Bildungsenergie für Ge2Sb2Te5 mit Si ist ca. 30meV/Atom höher als für Ge2Sb2Te5 ohne Si. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass N stark kovalente Bindungen mit Te eingehen kann. Ab initio Berechnungen von verschiedenen Ge2Sb2Te5-Phasen mit O auf verschiedenen Gitter- und Zwischengitterplätzen wurden durchgeführt, da beobachtet wurde, dass amorphe N-dotlerte Proben eine hohe G-Affinität zeigten. Tatsächlich konnte gezeigt werden, dass die Bindungsenergie für die berechneten Phasen mit O bis zu 50 meV/Atom geringer ist als für Ge2Sb2Te5 ohne O.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- Conduction mechanisms of amorphous and crystalline Ge2Sb2Te2 at low temperatures. Innovative Mass-Storage Technologies 2007, Enschede, NL, 2007
F. Merget, B. Berghoff, D. H. Kim, H. Kölpin, M. Först, H. Kurz
- Structure of the Ge-Sb-Te phase-change materials studied by theory and experiment. Solid State Commun. 143,240(2007)
Z. Sun, S. Kyrsta, D. Music, R. Ahuja und J. M. Schneider
