Nature of the Local Environment of Atoms in Ge3Sb2Te6, Ge2Sb2Te5, GeSb2Te4, and GeSb4Te7 Amorphous and Crystalline Films

G. A.  Bordovsky; Бордовский Г. А.; A. V. Marchenko; Марченко А. В.; F. S. Nasredinov; Насрединов Ф. С.; Yu. A. Petrushin; Петрушин Ю. А.; P. P. Seregin; Серегин П. П.

doi:10.31857/S0132665122600339

Природа локального окружения атомов в аморфных и кристаллических пленках Ge₃Sb₂Te₆, Ge₂Sb₂Te₅, GeSb₂Te₄ и GeSb₄Te₇

Авторы: Бордовский Г.А.¹, Марченко А.В.¹, Насрединов Ф.С.², Петрушин Ю.А.¹, Серегин П.П.¹
Учреждения:
1. Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена
2. Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого
Выпуск: Том 49, № 1 (2023)
Страницы: 60-70
Раздел: Статьи
URL: https://journals.rcsi.science/0132-6651/article/view/139311
DOI: https://doi.org/10.31857/S0132665122600339
EDN: https://elibrary.ru/CFRZLF
ID: 139311

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ
Доступ закрыт

Доступ предоставлен
Доступ закрыт

Только для подписчиков

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Методом мессбауэровской спектроскопии на изотопах ¹¹⁹Sn, ¹²¹Sb и ¹²⁵Te определено валентное состояние и локальное окружение атомов 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. Трехвалентные атомы сурьмы в кристаллических и аморфных пленках занимают два типа октаэдрических позиций, различающихся степенью искажения, а в ближайшем окружении сурьмы находятся атомы теллура. Наконец, во всех пленках локальные структуры атомов теллура соответствуют структурным единицам теллура в соединениях GeTe и Sb₂Te₃.

Ключевые слова

локальная структура, мессбауэровская спектроскопия, аморфные и кристаллические пленки Ge₃Sb₂Te₆, Ge₂Sb₂Te₅, GeSb₂Te₄ и GeSb₄Te₇

Список литературы

Lencer D., Salinga M., Wuttig M. Design rules for phase-change materials in data storage applications // Adv. Mater. 2011. V. 23. P. 2030.
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 // J. Alloys and Compounds. 2019. V. 774. P. 748.
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. 25 453.
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.
Sun Z., Kyrsta S., Music D., Ahuja R., Schneider J. Structure of the Ge–Sb–Te phase-change materials studied by theory and experiment // Solid State Communications. 2007. V. 143. P. 240.
Urban P. Temperature dependent resonant X-ray diffraction of single-crystalline Ge2Sb2Te5 // Cryst. Eng. Comm.. 2013. V. 15. P. 4823.
Lotnyk A., Ross U., Bernütz S., Thelander R., Rauschenbach B. Local atomic arrangements and lattice distortions in layered Ge–Sb–Te crystal structures // Scientific Reports. 2016. V. 6. P. 26 724.
Zheng Y., Wang Y., Xin T., Cheng Y., Huang R., Liu P., Luo M., Zhang Z., Lv S., Song Z., Feng S. Direct atomic identification of cation migration induced gradual cubic-to-hexagonal phase transition in Ge2Sb2Te5 // Communications Chemistry. 2019. V. 2. art 1.
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.
Paesler M.A., Baker D.A., Lucovsky G., Taylor P.C., Washington J.S. Bond constraint theory and EXAFS studies of local bonding structures of Ge2Sb2Te4, Ge2Sb2Te5, and Ge2Sb2Te7 // J. Optoelectronics and Advanced Materials 2007. V. 9. P. 2996.
Baker D.A., Paesler M.A., Lucovsky G., Agarwal S.C., Taylor P.C. EXAFS study of amorphous Ge2Sb2Te5 // J. Non-Cryst. Solids. 2006. V. 352. P. 1621.
Jóvári P., Kaban I., Steiner J., Beuneu B., Schöps A., Webb M.A. Local order in amorphous Ge2Sb2Te5 and GeSb2Te4 // Physical Review B. 2008. V. 77. art. 035202.
Sun Z., Zhou J., Ahuja R. Structure of Amorphous Ge–Sb–Te Solids // Phys. Rev. Lett. 2006. V. 96. frt. 055 507.
Jung M., Shin H.J., Kim K., Noh J.S., Chung J. High-resolution x-ray photoelectron spectroscopy on oxygen-free amorphous Ge2Sb2Te5 // Applied Physics Letters. 2006. V. 89. art. 043503.
Stellhorn J.R., Hosokawa S., 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.
Бордовский Г.А., Марченко А.В., Насрединов Ф.С., Петрушин Ю.А., Серегин П.П. Мессбауэровские исследования локального окружения атомов в аморфных и кристаллических пленках Ge2Sb2Te5 // Физика и химия стекла. 2021. Т. 47. С. 179.
Марченко А.В., Теруков Е.И., Насрединов Ф.С., Петрушин Ю.А., Серегин П.П. Структура ближнего порядка и антиструктурные дефекты олова в пленках аморфного и кристаллического Ge2Sb2Te5 // ФТП. 2021. Т. 55. С. 3.
Ledda F., Muntoni C., Rucci A., Serci S., Alonzo G., Consiglio M., Bressani T. On the metal distribution in the system GeTe–Sb2Te3 // Hyperfine Interactions. 1988. V. 41. P. 591.
Rigamonti A., Petrini G. Mössbauer Study of Properties and Phase Transitions of GexSn1 – xTe // Phys. Stat. Sol. (a). 1970. V. 41. P. 591.
Серегина Л.Н., Насрединов Ф.С., Мелех Б.Т., Маслова З.В., Тураев Э.Ю., Серегин П.П., Исследование локальной структуры стекол в системах кремний-теллур, германий-теллур и германий-теллур-мышьяк с помощью мессбауэровской спектроскопии на примесных атомах олова // Физика и химия стекла. 1977. Т. 3. С. 328.
Seregin P.P., Sivkov V.P., Nasredinov F.S., Vasilev L.N., Krylnikov Yu.V., Kostikov Yu.P. The influence of the crystal-to-glass transition on the local structure of semiconductors // Physica Status Solidi. A. 1977. V. 39. P. 437.
Бордовский Г.А., Теруков Е.И., Анисимова Н.И., Марченко А.В., Серегин П.П. Локальная структура стеклообразных сплавов германий–сера, германий–селен и германий–теллур // Физика и техника полупроводников. 2009. Т. 43. С. 1232.
Micoulaut M., Gunasekera K., Ravindren S., Boolchand P. Quantitative measure of tetrahedral-sp3 geometries in amorphous phase-change alloys // Phys. Rev. B. 2014. V. 90. art. 094207.
Boolchand P., Triplett B.B., Hanna S.S. Mössbauer Spectroscopy of 125Te some new results and applications // Mössbauer Effect Methodology.1974. Gruverman I.J. (ed). New England Nuclear Corporation.
Серегин П.П., Тураев Э.Ю., Андреев А.А., Мелех Б.Т. Структура ближнего порядка стеклообразных и кристаллических сплавов кремний-теллур и германий-теллур, изученная методами ЯГР и электронной спектроскопии // Физика и химия стекла. 1979. Т. 5. С. 659.
Mantovan R., Fallica R., Gerami A., Molhol T.E., Wiemer C., Longo M., Gunnlaugsson H.P., Johnston K., Masenda H., Naidoo D., Ncube M., Bharuth-Ram K., Fanciulli M., Gislason H.P., Langouche G., Glafsson S., Weyer G., Atomic-scale study of the amorphous-to-crystalline phase transition mechanism in GeTe thin films // Scientic Reports. 2017. V. 7. art. 8234.
Chattopadhyay T., Boucherle J.X., von Schnering H.G., Neutron diffraction study on the structural phase transition in GeTe // J. Phys. C. 1987. V. 20. P. 1431.
Micklitz H., Barrett P.H., Hyperfine interactions of atoms in rare-gas matrices // Phys. Rev. B. 1972. V. 5. P. 1704.