Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный обзор 11
1.1. Концепция фазовой памяти на основе халькогенидных стеклообразных полупроводников 11
1.2. Современные типы устройств фазовой памяти 13
1.3. Халькогенидные сплавы, применяемые в современных устройствах фазовой памяти - оптических дисках различных форматов 20
1.4. Соединение GST225: структура, оптические, электрофизические и термоаналитические характеристики 21
1.5. Влияние легирующих примесей на структуру и свойства тонких пленок материалов фазовой памяти 33
Выводы по главе 1 43
Глава 2. Экспериментальная часть 44
2.1. Методы получения образцов для исследования 44
2.2. Экспериментальные методики, использованные для диагностики тонких пленок: рентгенофазовый и элементный анализы 54
2.3. Методы изучения оптических характеристик тонких пленок 56
2.3.1. Спектроскопия комбинационного рассеяния света 56
2.3.2. Оптическое пропускание тонких пленок 58
2.3.3. Спектральная эллипсометрия 64
2.3.4. Методика расчета оптического контраста 67 Выводы по главе 2 68
Глава 3. Оптические и структурные свойства тонких пленок Ge2Sb2Te5 69
3.1. Диагностика тонкопленочных структур GST225 69
3.2. Спектроскопия КРС и интерпретация полученных результатов 73
3.3. Оптическое пропускание тонких пленок GST225 и результаты расчета оптических свойств 77
3.4. Оптическое пропускание тонких пленок GST124, GST147 и результаты расчета их оптических констант 79
3.5. Оптические константы пленок GST225 82
3.5.1. Спектральные зависимости показателя преломления и коэффициента экстинкции, расчет оптического контраста 82
3.5.2. Исследование морфологии тонких пленок методом атомного силового микроскопа 85
3.6. Обсуждение полученных результатов 88
Выводы по главе 3 94
Глава 4. Влияние висмута на оптические свойства тонких пленок GST225 95
4.1. Определение элементного и фазового состава пленок, легированных висмутом 95
4.2. Влияние висмута на структурные свойства тонких пленок GST225 по данным спектров КРС 97
4.3. Влияние висмута на оптические свойства тонких пленок GST225 по данным спектров оптического пропускания 100
4.4. Влияние висмута на оптические константы тонких пленок GST225 по данным спектральной эллипсометрии 102
4. 5. Обсуждение полученных результатов 106 Выводы по главе 4 112
Глава 5. Влияние олова и индия на оптические свойства тонких пленок GST225 113
5.1. Определение элементного и фазового состава аморфных пленок GST225, легированных оловом и индием 113
5.2. Влияние олова и индия на структурные свойства тонких пленок GST225 по данным спектров КРС 116
5.2.1. Cпектры КРС тонких пленок, легированных Sn 116
5.2.2. Cпектры КРС тонких пленок, легированных In 119
5.3. Влияние олова и индия на оптические свойства тонких пленок GST225 по данным спектров оптического пропускания 122
5.3.1. Спектры оптического пропускания тонких пленок, легированных Sn 122
5.3.2. Спектры оптического пропускания тонких пленок, легированных In 124
5.4. Влияние олова и индия на оптические константы тонких пленок
GST225 по данным спектральной эллипсометрии 127
5.4.1. Спектральные зависимости показателя преломления и коэффициента экстинкции тонких пленок, легированных Sn 127
5.4.2. Спектральные зависимости показателя преломления и коэффициента экстинкции тонких пленок, легированных In 130
5. 5. Обсуждение полученных результатов 133
Выводы по главе 5 143
Основные выводы 144
Список литературы
- Халькогенидные сплавы, применяемые в современных устройствах фазовой памяти - оптических дисках различных форматов
- Экспериментальные методики, использованные для диагностики тонких пленок: рентгенофазовый и элементный анализы
- Оптическое пропускание тонких пленок GST225 и результаты расчета оптических свойств
- Влияние висмута на оптические свойства тонких пленок GST225 по данным спектров оптического пропускания
Халькогенидные сплавы, применяемые в современных устройствах фазовой памяти - оптических дисках различных форматов
Развитие информационных технологий в значительной степени определяется информационной емкостью используемых запоминающих устройств, то есть количеством информации, приходящимся на единицу объема вещества, а также их быстродействием. Систему называют запоминающим устройством, если она обладает способностью воспринимать, сохранять и воспроизводить информацию, обеспечивая определенный временной интервал между моментами записи и считывания информации [11]. Оно состоит из запоминающих элементов (ячеек памяти), связанных с каналом ввода/вывода информации. В вычислительной технике информация представлена в двоичном коде, поэтому запоминающее устройство должно содержать набор элементов, находящихся в одном из двух устойчивых состояний: логического нуля и единицы. Каждый такой элемент называется ячейкой памяти. Запоминающие устройства классифицируют по назначению, характеру хранения информации, физическим принципам работы, технологии изготовления и т.д. По принципу записи информации, запоминающие устройства делятся на магнитные (Hard Disk Drive – HDD), полупроводниковые (флэш-память - Flash Memory) и оптические устройства [12,13].
До сих пор широко ведутся работы по поиску новых принципов создания запоминающих устройств и улучшению параметров уже существующих. Среди таких типов запоминающих устройств следует выделить память, выполненную на материале с изменяемым фазовым состоянием, или фазоинверсная память (Phase Change Memory – PCM, Phase Change Random Access Memory - PCRAM, Phase Random Access Memory -PRAM).
Принцип записи и стирание данных в подобных устройствах PCM основан на быстротекущих, обратимых фазовых переходах «аморфное кристаллическое», происходящих в нанообъеме материала: в случае оптических дисков таким параметром является оптическое отражение (логическому нулю и единице ставятся в соответствие различные значения оптических показателей отражения материала в разных фазовых состояниях), в электронных ячейках характеристический параметр – сопротивление нанообъема халькогенидных стеклообразных полупроводников (ХСП) (логическому нулю и единице ставятся в соответствие различные значения электрического сопротивления материала в разных фазовых состояниях). Для сохранения аморфного или кристаллического состояния не требуется затрат энергии, поэтому 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 [14].
Перезаписываемые оптические диски Примерами коммерчески успешного использования устройств фазовой памяти являются перезаписываемые оптические диски хранения информации различных форматов: CD-ROM (первое поколение), DVD-RAM, DVD±R/RW (второе поколение) и дисках: AMD, Amedia, Digitex, HP, Imation, MBI, Memorex, Philips, Smartbuy, Sony, TDK, Verbatim и т.д.
За два десятилетия диски стандартного диаметра 12 см прошли значительный путь в развитии технических характеристик: от объема в 650 Мбайт (МБ) и скорости обмена информацией 4,3 Мбит/сек, характерных для CD и CD-ROM, до объема в 25 ГБ информации, двухслойные – 50 ГБ, трехслойные – 100 ГБ и четырехслойные – 128 ГБ при скорости обмена 36Мбит/сек, характерных для дисков Blu-Ray.
Принципиальным отличием дисках формата Blu-Ray от DVD является то, что для записи информации используется лазерное излучение с меньшей длиной волны (405 нм), чем у обычных оптических дисков (обычные DVD и CD используют красный и инфракрасный лазеры с длиной волны 650 нм и 780 нм соответственно). Это позволило сузить дорожку записи с 0.74 мкм до 0,32 мкм по сравнению с обычным DVD-диском и привело к существенному увеличению плотности записи информации. Уменьшение длины волны, использование числовой апертуры, равной 0,85 (в сравнении с 0,6 для DVD), высококачественной двухлинзовой системы, а также уменьшение толщины защитного слоя в шесть раз (0,1 мм вместо 0,6 мм) предоставило возможность проведения более качественного и корректного осуществления операций чтения/записи. Это позволило записывать информацию в меньшие области (spot в англ. аббревиатуре) на диске, а значит, хранить больше информации в физической области диска, а также увеличить скорость считывания до 54 МБ/с [3,15].
В последнее время, японские корпорации Sony и Panasonic разрабатывают новый стандарт Archival Disc для длительного хранения цифровой информации (в течение 50 лет). Диски смогут противостоять внешним воздействиям: пыли, грязи, влаге и перепадам температур. Впервые формат анонсирован 10 марта 2014 года, выпуск планируется в 2015 году. Оптические диски Archival Disc смогут вмещать 300 Гбайт данных. Для работы с дисками будет применяться оптическая система с длиной волны 405 нм. Структура дисков предполагает формирование трх слов на каждой стороне. Таким образом, на каждом слое будет храниться 50 Гбайт данных. В перспективе планируется выпуск оптических дисков Archival Disc мкостью 500 Гбайт и 1 Тбайт [16].
Экспериментальные методики, использованные для диагностики тонких пленок: рентгенофазовый и элементный анализы
Определение состава пленок Ge2Sb2Te5 методом рентгеновской спектроскопии является достаточно сложной задачей, так как сурьма и теллур имеют близкие порядковые номера (соответственно 51 и 52), характеристические рентгеновские спектры лежат в одном диапазоне энергии, при этом часть линий перекрывается. В результате перекрытия спектральных линий сурьмы и теллура применение стандартных рентгеновских спектрометров для изучения системы Ge-Sbe не всегда является эффективным. В ходе выполнения работы для определения состава получаемых пленок использовались методы рентгено-флуорисцентного анализа, обратного резерфордовского рассеяние и рентгеновского микрозондового анализа.
Элементный состав пленки GST225 изучался с помощью рентгено-флуорисцентного анализа (источник 55 Fe, возбуждающие линии – 5,9 и 6,49 кэВ, разрешение Si – детектора 100 эВ). Полученный спектр представлен на рисунке 3.1. Вследствие значительного перекрытия пиков L-серии двух этих элементов точность данного метода оказалась существенно ниже по сравнению с методом обратного резерфордовского рассеяния, что позволяет только на полуколичественном уровне говорить о соответствии отношения сурьмы и теллура в пленке отношению этих элементов в исходном соединении. На рисунке 3.2 представлен спектр полученный методом обратного резерфордовского рассеяния. Соседство сурьмы и теллура в периодической таблице создает отдельные определенные сложности при количественном спектральном анализе. Поэтому методом обратного резерфордовского рассеяния для тонких пленок состава Ge2Sb2Te5 было определено только отношение Ge к (Sb+Te), поскольку пики рассеянных частиц, соответствующие сурьме и теллуру, разделить не удалось. Было установлено, что в пределах точности метода (±5%) данное отношение, определенное в эксперименте [Ge0,31(Sb+Te)1], соответствует химическому составу Ge2Sb2Te5 [Ge0,29(Sb+Te)1].
Спектр, полученный методом обратного рассеяния Резерфорда тонкой пленкой GST225. Наилучшие результаты при определении состава пленок GST225 были получены с применением метода растровой электронной микроскопии JEOLс системой элементного анализа на основе энерго-дисперсионного спектрометра (Inka Oxford), при этом удалось определить концентрацию всех входящих в материал компонентов. Результаты, полученные этим методом, представлены на рисунке 3.3 и в таблице 3.1 (измерения проводились в четырех точках - № 1-4).
Спектр пленки Ge2Sb2Te5, полученный методом рентгеновского микрозондового анализа. Таблица 3.1 - Результаты определения состава пленок Ge2Sb2Te5, полученные методом рентгеновского микрозондового анализа.
Как видно из таблицы 3.1 отклонение содержания в пленке Ge и Sb не превышает 1 ат.%, а Te – 1,7 ат.% от среднего значения по всей поверхности. При этом химический состав пленки близок стехиометрическому составу Ge2Sb2Te5. Данные результаты следует признать удовлетворительными. 3.1.2. Фазовый анализ тонкопленочных структур GST225
Для определения фазового состава были проведены РФА для пленок до и после термообработки. Результаты РФА представлены на рис. 3.4. Для сравнения, были использованы дифрактограммы пленок GST225 из литературы [42] (рис. 3.5).
Из рисунка 3.4 видно, что в спектре 1 присутствует гало в области углов 2 17-500, обусловленное аморфной фазой, а рефлекс при 2 33.410 связан с подложкой Si. Дифрактограмма 2 отожженной пленки GST225 показывает наличие гранецентрированной кубической (ГЦК) фазы. Наблюдалось четыре рефлекса на дифрактограмме 2 при 2 25.60, 300, 42.80 и 53.3, соответствующего направлениям (111), (200), (220) и (222) соответственно, что соответствует литературным данным [1,29,38,42,50] (см. рис. 3.5). Полученные дифрактограммы показывают, что после термообработки пленка переходит из аморфной в кристаллическую фазу.
На рис. 3.6 (кривая 1) показан экспериментальный спектр КРС для аморфных пленок а-GST225. Наблюдалось четыре пика разной интенсивности: 80, 125, 153 и 300 см"1, после аппроксимации всех спектров распределением Гаусса при критерии согласия не хуже, чем R2=0.996, они обозначены как А, В, С и D, соответственно.
Анализ литературных данных показал, что в спектрах КРС аморфных пленок GST225 наблюдаются два главных пика с максимумами 123 см-1 и 150 см-1 [34,36-40]. Колебание пика B при 123см-1 связано с колебанием А1 моды тетраэдров GeTe4-nGen (n=1,2), связанных между собой вершинами (рис. 3.7). Данный вывод был сделан в работе [104] при анализе спектров КРС аморфных пленок a-GeTe. В пользу вывода о существовании структурных единиц GeTe4-nGen (n=1,2), включая наличие гомополярных связей Ge-Ge, также говорят результаты EXAFS [105]. Нужно отметить, что ранее такие структурные единицы возможны также в дихалькогенидах германия типа GeSe2 и GeS2 согласно [44,106]. При обсуждении пика 150 см-1 в литературе приводятся несколько альтернативных мнений. В работе [35] эта мода приписывается колебаниям структурных единиц типа GeTe4 тетраэдра, связанного по ребрам (рис. 3.8), по аналогии с соединением GeSe2 [44].
Убедительной представляется точка зрения, представленная в работе Andrikopoulosetal. [36], что пик в районе 150 см-1 связан с колебаниями подсистемы Sb2Te3. В пользу данного утверждения говорит тот факт, что согласно исследованиям EXAFS [105,107] гомополярных связей Те-Те и Sb-Sb в аморфных пленках a-GST225 не обнаружено. В расчетной работе [108] указанная точка зрения была конкретизирована, и было установлено, что этот пик соответствует колебаниям моды A21g структурных единиц Sb2Te3 (рис. 3.9). Данный вывод коррелирует с теоретическими расчетами и экспериментальными данными для соединения Sb2Te3, для которого наблюдались пики вблизи 151 см-1 [109] и в интервале 165-167 см-1 [40, 110].
Структурные единицы растяжения связи Ge-Ge в этаноподобном кластере [103] . Отметим, что теоретические расчеты оптических мод для аморфных пленок GST225 также выявили пики 143 см-1 и 160 см-1 [39], что в целом коррелирует с экспериментом. Другие близкие методы, например, когерентное рассеяние фононов, также показали похожие результаты, а именно, 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) положения наиболее интенсивных пиков В и С смещаются в разные направлениях по сравнению с аналогичными полосами для аморфных пленок GST225. Анализ литературных данных показал, что в спектрах КРС кристаллических пленок GST225 наблюдаются два главных пика с максимумами 110 и 160 см-1 [38,45]. В работе [45] такие моды приписывались колебаниям в GeTe4 тетраэдре и SbTe3 пирамиде, или связи Sb-Sb в этиленоподобных структурных единицах типа (Te2)Sb-Sb(Te2) или (TeSb)Sb-Sb(Te2).
Оптическое пропускание тонких пленок GST225 и результаты расчета оптических свойств
Рисунок 5.16. Расчет Eg для аморфных тонких пленок GST225, легированных индием, по спектрам оптического поглощения (1 -GST225+0.5%In, 2 GST225+l%In, 3 GST225+3%In).
Были проведены расчеты значений Eg и Е0 из спектров поглощения. Выявлено, что с увеличением концентрации In, значение Eg сначала увеличивается до 0.67 эВ (GST225+0.5%In), а потом уменьшается до 0.62 эВ (табл. 5.4). В таблице 5.4 представлены результаты для Е0. Наблюдается уменьшение характерической энергии Убраха с 0.17 до 0.15 эВ с увеличением концентрации индия.
Влияние олова и индия на оптические константы тонких пленок GST225 по данным спектральной эллипсометрии.
В данном разделе рассмотрено влияние Sn и In на оптические константы тонких пленок GST225 по данным спектральной эллипсометрии.
Измерения и расчеты проводились по алгоритму, описанному в главе 3. Для всех составов экспериментальные спектры эллипсометрических углов и представляли монотонные кривые без осцилляций. Были рассчитаны спектральные зависимости показателя преломления n и коэффициента экстинкции k. При расчетах использовалась двухслойная модель пленки, описанная в главе 3. Результаты расчетов с применением модели представлены на рис. 5.17 - 5.24. Точность расчетов варьировалась в диапазоне 0.01-0.02 для значений n и k.
Спектральные зависимости показателя преломления и коэффициента экстинкции тонких пленок, легированных Sn
Для аморфных пленок легированных оловом, показатель преломления увеличивается по сравнению с чистой аморфной пленкой GST225 (рис. 5.17). Значения n варьируются в диапазоне 2.7 - 5.3. Максимальное значение n достигает 5.3 при = 900 нм для случая легирования олова с 3 масс.% (рис. 5.17, кривая 4). В случае легирования 1 масс.% Sn, характер кривой отличается по сравнению с остальными составами (рис. 5.17, кривая 3). Отметить, что полученные расчетные значения n больше, чем типичные значения n для аморфных полупроводников.
На рис. 5.18 представлены спектральные зависимости показателя преломления n для кристаллических пленок GST225 с разным содержанием легирующих примесей Sn. Наблюдается увеличение значения n при фазовом переходе. Значения n варьируются в диапазоне 2.5 – 9. Максимальное значение n достигает 9 при =900 нм для случая легирования оловом с 2 масс.% (рис. 5.18, кривая 3). При 680 нм, значение n увеличивается с увеличением концентрации легирующего Sn. В диапазоне 680 нм большие значения n соответствует пленки легированной 1 масс.% Sn.
Введение олова приводится к увеличению коэффициента экстинкции k для аморфных пленок (рис. 5.19). Появляется значение длины волны 610 нм, при которой происходит инверсия поведения, т.е. в высокочастотной области k увеличивается с ростом концентрации олова, а в низкочастотной области он соответственно уменьшается.
Спектральные зависимости коэффициента экстинкции k для кристаллических пленок GST225 с разным содержанием легирующего Sn: спектр 1 –пленка GST225, спектры 2,3,4 - пленки GST225, легированные Sn (0.5, 1 и 3 масс.%, соответственно).
Наблюдается увеличение значения k при переходе из аморфной в кристаллическую фазу (рис. 5.20). Для случая легированных 0.5 и 1 масс.% Sn, положения максимума значения k не изменилось по сравнению с чистой пленкой (рис. 5.20, кривые 1- 3). Спектральные зависимости показателя преломления и коэффициента экстинкции тонких пленок, легированных In
Для тонких пленок, легированных In, (см. рис. 5.21) зависимости показателя n имеют иной вид по сравнению с Sn. Это выражается в том, что появляется значение длины волны 550 нм, при которой происходит инверсия поведения, т.е. в низкочастотной области n увеличивается с ростом концентрации индия, а в высокочастотной области он соответственно уменьшается (рис. 5.21, кривые 2- 4). На рис. 5.22 представлены спектральные зависимости показателя преломления n для кристаллических пленок GST225 с разным содержанием легирующего In. Наблюдается увеличение значения n при переходе из аморфной в кристаллическую фазу. В случае легирования 3 масс.% In, характер кривой отличается от других и значение n уменьшается по сравнению с чистой пленки, чего не наблюдается для других легирующих примесей Bi и Sn.
Для тонких пленок, легированных In, при длине волны 550 нм на спектральной зависимости k имеется максимум, который сдвинут в высокочастотную область относительно нелегированной пленки (см. рис. 5.23).
Спектральные зависимости коэффициента экстинкции k для кристаллических пленок GST225 с разным содержанием легирующего In: спектр 1 –пленка GST225, спектры 2,3,4 - пленки GST225, легированные In (0.5, 1 и 3 масс.%, соответственно).
Наблюдается увеличение значения k при переходе из аморфной в кристаллическую фазу (рис. 5.24). С увеличением концентрации In, при 750 нм, легирование приводит к уменьшению значения k, а при 750 нм, наблюдается слабое увеличение по сравнению с другими легирующими примесями Bi и Sn.
Обсуждение полученных результатов Для анализа влияния примесного замещения на оптические характеристики, в частности на оптическую ширину запрещенной зоны и энергию края Урбаха, были построены концентрационные зависимости Eg и E0 для всех исследованных составов, представленные на рис. 5.25. Как видно их приведенных графиков, наблюдаются сл. характерные особенности: в случае замещения германия на олово происходит уменьшение Eg для
Влияние висмута на оптические свойства тонких пленок GST225 по данным спектров оптического пропускания
Помимо соединения GST225, предложенная методика расчета была использована для характеристики тонких пленок составов GST147 и GST124. При расчетах, в области энергий, превышающих ширину запрещенной зоны ha Eg ,спектр поглощения аморфных пленок описывается параболой в соответствии с моделью Тауца для прямого перехода. Такой подход был обсужден подробно в литературе [112]. При ha Eg спектр поглощения аморфных пленок описывается экспоненциальной функцией. Выяснению природы экспоненциального края поглощения в аморфных полупроводниках посвящено большое количество теоретических и экспериментальных работ. Например, Доу и Редфилд объясняют экспоненциальный характер края поглощения аморфных полупроводников уширением экситонной линии в однородном электрическом поле. Другие авторы связывают его с электронными переходами между локализованными состояниями в хвостах зон. Природа края поглощения в аморфных полупроводниках так же можно связана с эффектом Франца-Келдыша во внутренних полях и т. д. [4]. Следует отметить, что соответствующие расчетные значения Eg и литературные данные (см. таб. 3.4) позволили нам сделать вывод о том, что выбранный алгоритм расчета применим для квазибинарной системы GeTe-Sb2Te3. Высокая точность аппроксимации (Мо -КГ5) спектральной зависимости пропускания T() по измеренным данным при помощи программы обеспечения PUMA показывает достоверность данной методики расчета.
Известно, что существует несколько моделей структуры энергетических зон в неупорядоченных полупроводниках. Например, в модели Коэна—Фрицше—Овшинского (КФО) принимается, что хвосты плотности состояний перекрывают всю запрещенную зону. Согласно модели Мотта-Дэвиса, хвосты локализованных состояний должны быть довольно узкими, распространяясь в запрещенную зону. Вблизи центра запрещенной зоны существует узкая, меньше 0.1 эВ, зона локализованных состояний, плотность состояний в которой настолько велика, что уровень Ферми оказывается привязанным к этой зоне в широком температурном интервале. Предполагалась и другая аналогичная модель Маршалла и Оуэна, в которой одна зона дефектных уровней заменялась двумя или несколькими зонами, расположенными на приблизительно равных расстояниях по обе стороны от уровня Ферми [4,66]. На основании полученных результатов оптического пропускания и изучения электрической проводимости на тонких пленках предложена энергетическая диаграмма по модели Мотта-Дэвиса для соединения GST225 (рис. 3.26). Так как эта модель лучше объясняет высокую прозрачность стекол при энергиях фотонов, лежащих ниже полосы фундаментального поглощения [4,66].
Из рис. 3.26 видно, что уровень энергии Фермии закреплен вблизи середины запрещенной зоны, но ближе к Ev (p-тип), имеются «хвосты» зон. Сдвиг уровня Ферми от середины запрещенной зоны составляет 0.015 эВ. Следует так же отметить, что удовлетворительное совпадение результатов значения Eg для аморфных пленок, полученных разными расчетными методами (по данным спектров пропускания и по результатам спектральной эллипсометрии) является аргументом в пользу выбранных экспериментальных и расчетных методик. Выводы по главе 3 1. Синтезированы тонкопленочные структуры GST225 на подложках из монокристаллического кремния и оптического стекла. 2. Выполнены диагностические исследования синтезированных тонких пленок. 3. Разработана двухслойная модель экспериментальной структуры на основе тонких пленок GST225 и методика расчета оптических констант по данным спектральной эллипсометрии и оптического пропускания 4. Рассчитаны оптические константы, оптическая ширина запрещенной зоны и характеристическая энергия Урбаха. 5. Установлено влияние фазового перехода «аморфное -кристаллическое» на оптические параметры тонких пленок GST225. Глава 4. Влияние висмута на оптические свойства тонких пленок GST225
Данная глава посвящена изучению оптических констант аморфных пленок Ge2Sb2Te5, легированных висмутом. Коэффициент экстинкции и показатель преломления являются важными величинами при определении оптического контраста - ключевой характеристики материала ФП в оптических дисках памяти.
Определение элементного и фазового состава аморфных пленок, легированных висмутом Как указывалось выше, данные тонкие пленки были получены термическим напылением поликристаллического GST225, предварительно легированного висмутом. Для определения количества вошедшего в пленки висмута, был проведен элементный анализ. По данным метода ОРР количество вошедшего в пленки висмута в пределах ±10% не отличается от содержания легирующего элемента в исходном материале. Данные представлены в таблице 4.1, из которой видно, что существует также прямо пропорциональная зависимость между содержанием легирующей примеси в исходном поликристалле и в тонкой пленке. Отметим, что данный метод позволяет определить только отношение Ge к (Sb+Te) (см. пункт 3.1).
Из рисунка 4.1 видно, что отожженные пленки представляют ГЦК фазу, поскольку присутствуют основные рефлексы в диапазоне 2 25-45o. По сравнению с дифрактограммой отожженных чистых пленок GST225 (рис. 4.1, спектр 1), появляются дополнительные рефлексы при 2 41,50 на дифрактограммах отожженных пленок GST225, легированных Bi (0.5 и 1 масс.%, соответственно) (см. рис. 4.1, спектры 2 и 3). Анализ литературных данных показал, что этот рефлекс обусловлен ГЦК решеткой соединения Bi2Te3 вдоль направления (ПО) [118] (рис. 4.2).
4.2. Влияние висмута на структурные свойства тонких пленок GST225 по данным спектров КРС
После проведения нормировки всех спектров относительно пика 63 см"1, положение и интенсивность которого не менялись, полученные КРС спектры аппроксимировались распределением Гаусса при критерии согласия не хуже, чем R2=0.996. Анализ спектров КРС показал, что для тонких пленок а-GST225, легированных 1 и 3 масс.% Bi, положения наиболее интенсивных пиков В и С не изменились относительно чистой пленки состава GST225 и соответствуют сл. значениям романовских сдвигов: 125±1 и 151±2 см"1 (рис. 4.3), интенсивности данных полос также не изменились.
