掺杂的硫系相变薄膜键合结构、光学性质和电学性质的研究

发布时间：2018-06-07 22:29

本文选题：相变薄膜材料 + 掺杂　；参考：《吉林大学》2017年硕士论文

【摘要】：硫系相变薄膜具有快速、可逆的相转变特性,这些优异的特性引起了科学家对它们的广泛关注。其中,Ge_2Sb_2Te_5和Sb_2Te_3是硫系相变材料中具有代表性的两种薄膜材料,它们非晶态与结晶态时呈现了光学性质与电学性质的显著差异。这些显著的差异使其广泛应用在光存储及电存储领域。但是,即便如此,这两种硫系相变薄膜材料仍存在着很多的不足:(1)对于Ge_2Sb_2Te_5相变薄膜材料:先前的研究主要集中在非晶Ge_2Sb_2Te_5薄膜的光学和电学性能上,对力学性能的研究比较少;Urbach带尾宽度(E_0)是一个很重要参数,它决定了非晶半导体薄膜透射和吸收等许多光学特性,但是对非晶Ge_2Sb_2Te_5薄膜的E_0尚未很好地探索;离子轰击对非晶Ge_2Sb_2Te_5薄膜结构和性能的影响尚未报道。(2)对于Sb_2Te_3相变薄膜材料:Ag掺杂到硫系相变薄膜中,关于非晶态热稳定性的报道结果出现了矛盾,需要澄清;光学带隙显著影响薄膜的光学性质,所以研究薄膜光学带隙很有必要;此外,相变薄膜非晶态电阻与结晶态电阻比值(Ra/Rc)显著影响薄膜材料的多级存储性能,但是Ag对它的影响规律和机制探讨尚不明确。针对以上问题,开展了如下两方面的研究:(1)N引入及偏压对Ge_2Sb_2Te_5薄膜键合结构、光学性质和电学性质的影响;(2)Ag引入对Sb_2Te_3薄膜键合结构、光学性质和电学性质的影响。利用磁控溅射方法,以Ar、N2为放电气体,制备了Ge_2Sb_2Te_5薄膜、含氮Ge_2Sb_2Te_5薄膜、Sb_2Te_3薄膜、含银Sb_2Te_3薄膜。通过能量色散X射线谱(EDS)、X射线衍射(XRD)、傅立叶红外变换光谱(FTIR)、拉曼光谱(Raman)、扫描电子显微镜(SEM)、紫外-可见-近红外分光光度计(UVVIS-NIR)、表面轮廓仪、纳米压痕仪、四探针测试系统等手段表征薄膜的键合结构、光学性质、力学性质和电学性质。主要的发现点如下:(1)薄膜生长过程中,适当的离子轰击引起Ge_2Sb_2Te_5薄膜结晶。但当N引入后,无论怎样的离子轰击都不能使薄膜结晶,原因是高键能Ge-N键的形成,提高了结晶激活能;适当的离子轰击提高了Ge_2Sb_2Te_5薄膜的硬度,归因于轰击引起薄膜致密化。过高离子轰击使Ge_2Sb_2Te_5薄膜硬度降低,归因于轰击引起薄膜缺陷增加。N引入导致Ge_2Sb_2Te_5薄膜硬度增加,归因于强的Ge-N键的形成。离子轰击引起Ge_2Sb_2Te_5薄膜E_0先降低后增加,归因于薄膜无序度的变化;N引入引起Ge_2Sb_2Te_5薄膜的E_0增加归因于介电常数的降低。对于Ge_2Sb_2Te_5薄膜和含氮Ge_2Sb_2Te_5薄膜,薄膜电阻随着退火温度的增加经历缓慢降低和突然降低等阶段。(2)适当的Ag被引入时,含银Sb_2Te_3薄膜结晶;但是当更多的Ag被引入时,含银Sb_2Te_3薄膜又从结晶状态转变为非晶状态,这归因于体系结晶激活能的先降低后增加。在0—7.1%之间时,随Ag引入量的增加,含银Sb_2Te_3薄膜带隙增加,这归因于Ag的引入降低了缺陷态密度;然而,在24.8%—52.2%之间时,随着Ag引入量的增加,带隙降低,这归因于薄膜中过多Ag的存在。Ag引入量在24.8%—52.2%之间时,随着薄膜中Ag含量的增加,Ra/Rc增加,归因于非晶态时薄膜带隙与晶态时薄膜带隙比值(E_(opt)(a)/E_(opt)(c))的增加。
[Abstract]:Ge _ 2Sb _ 2Te _ 5 and Sb _ 2Te _ 3 are widely used in the field of optical storage and electrical storage . In this paper , the properties and properties of Ge _ 2Sb _ 2Te _ 5 films have been studied by means of energy dispersive X - ray spectroscopy ( EDS ) , X - ray diffraction ( XRD ) , Fourier transform spectroscopy ( FTIR ) , Raman spectroscopy , scanning electron microscopy ( SEM ) , ultraviolet - visible - infrared spectroscopy ( UVVIS - NIR ) , surface profilometer , nano - indentation instrument and four - probe test system . ( 2 ) When appropriate Ag is introduced , the silver - containing Sb _ 2Te _ 3 thin film is crystallized ; however , when more Ag is introduced , the silver - containing Sb _ 2Te _ 3 thin film is changed from the crystalline state to the amorphous state , which is attributed to the increase of the amount of Ag in the thin film .
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB383.2

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