Получение наночастиц фазоизменяемого материала Ge2Sb2Te5 методом прямого лазерно-индуцированного переноса

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

В работе представлены экспериментальные результаты по синтезу наночастиц фазоизменяемого материала Ge2Sb2Te5 методом прямого лазерно-индуцированного переноса. В качестве донорного материала использовались тонкие пленки, полученные методом термического вакуумного осаждения, в качестве акцептора - кремниевые пластины. Лазерно-индуцированный перенос осуществлялся импульсным лазерным излучением суб-наносекундной длительности. Анализ морфологии, топологии и размеров полученных наночастиц проводился с помощью растровой электронной микроскопии. Структурные исследования проводились методом комбинационного рассеяния. Было достигнуто квазиравномерное распределение наночастиц по подложке и по размерам. Экспериментально достигнут диаметр наночастиц менее 100 нм. Спектры комбинационного рассеяния демонстрируют, что полученные наночастицы находятся в кристаллическом состоянии. Результаты работы показывают возможность создания элемента на основе наночастиц с определенным распределением и размерами, как технологическую альтернативу устройствам на основе тонких пленок. Использование наночастиц позволит добиться энергетической эффективности, большей гибкости и плавности переключения, а также даст возможность реализовать нейроморфных и стохастические вычисления.

Об авторах

Антон Андреевич Бурцев

Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт

Email: murrkiss2009@yandex.ru
научный сотрудник

Владимир Александрович Михалевский

Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт

научный сотрудник

Алексей Алексеевич Невзоров

Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт

к.ф.-м.н., научный сотрудник

Алексей Владимирович Киселев

Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт

к.ф.-м.н., научный сотрудник

Мария Руслановна Конникова

Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт

младший научный сотрудник

Виталий Вячеславович Ионин

Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт

научный сотрудник

Николай Николаевич Елисеев

Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт

младший научный сотрудник

Андрей Анатольевич Лотин

Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт

к.ф.-м.н., заместитель руководителя отделения

Список литературы

  1. Phase change materials: science and applications / ed. by S. Raoux, M. Wutting. - New York: Springer Science+Business Media, LLC, 2009. - 450 p. doi: 10.1007/978-0-387-84874-7.
  2. Kolobov, A.V. Chalcogenides: metastability and phase change phenomena / A.V. Kolobov, J. Tominaga. - Berlin, Heidelberg: Springer-Verlag, 2012. - XVI+284 p. doi: 10.1007/978-3-642-28705-3.
  3. Козюхин, С.А. Материалы фазовой памяти и их применение / С.А. Козюхин, П.И. Лазаренко, А.И. Попов, И.Л. Еременко //Успехи химии. - 2022. - Т. 91. - Вып. 9. - Статья № RCR5033. - 39 с. doi: 10.1070/RCR5033.
  4. Ovshinsky, S.R. Reversible electrical switching phenomena in disordered structures / S.R. Ovshinsky //Physical Review Letters. - 1968. - V. 21. - I. 20. - P. 1450-1453. doi: 10.1103/PhysRevLett.21.1450.
  5. Feinleib, J. Rapid reversible light-induced crystallization of amorphous semiconductors /j. Feinleib, J. deNeufville, S.C. Moss, S.R. Ovshinsky // Applied Physics Letters. - 1971. - V. 18. - I. 6. - P. 254-257. doi: 10.1063/1.1653653.
  6. Yamada, N. Rapid-phase transitions of GeTe-Sb2Te3 pseudobinary amorphous thin films for an optical disk memory / N. Yamada, E. Ohno, K. Nishiuchi, N. Akahira, M. Takao // Journal of Applied Physics. - 1991. - V. 69. - I. 5. - P. 2849-2856. doi: 10.1063/1.348620.
  7. Wuttig, M. Phase-change materials for rewriteable data storage / M. Wuttig, N. Yamada // Nature Materials. - 2010. - V. 6. - I. 11. - P. 824-832. doi: 10.1038/nmat2009.
  8. Sarwat, S.G. Materials science and engineering of phase change random access memory / S.G. Sarwat // Materials Science and Technology. - 2017. - V. 33. - I. 16. - P. 1890-1906. doi: 10.1080/02670836.2017.1341723.
  9. Papandreou, N. Multilevel phase-change memory / N. Papandreou, A. Pantazi, A. Sebastian, M. Breitwisch, C. Lam, H. Pozidis, E. Eleftheriou //2010 17th IEEE International Conference on Electronics, Circuits and Systems, 12-15 December 2010, Athens. - New York: IEEE Publ., 2010. P. 1017-1020. doi: 10.1109/ICECS.2010.5724687.
  10. Guo, P. A review of germanium-antimony-telluride phase change materials for non-volatile memories and optical modulators / P. Guo, A.M. Sarangan, I. Agha // Applied sciences. - 2019. - V. 9. - I. 3. - Art. № 530. - 26 p. doi: 10.3390/app9030530.
  11. Wuttig, M. The science and technology of phase change materials / M. Wuttig, S. Raoux // Zeitschrift für anorganische und allgemeine Chemie. - 2012. - V. 638. - I. 15. - P. 2455-2465. doi: 10.1002/zaac.201200448.
  12. Zhang, W. Designing crystallization in phase-change materials for universal memory and neuro-inspired computing/ W. Zhang, R. Mazzarello, M. Wuttig, E. Ma // Nature Reviews Materials. - 2019. - V. 4. - I. 3. - P. 150-168. doi: 10.1038/s41578-018-0076-x.
  13. Суздалев, И.П. Электрические и магнитные переходы в нанокластерах и наноструктурах / И.П. Суздалев. - М.: URSS, 2016. - 480 с.
  14. Суздалев, И.П. Нанотехнология: Физико-химия нанокластеров, наноструктур и наноматериалов / И.П. Суздалев. - М.: URSS, 2017. - 592 с.
  15. Casarin, B. Ultralow-fluence single-shot optical crystalline-to-amorphous phase transition in Ge-Sb-Te nanoparticles / B. Casarin, A. Caretta, B. Chen, et al. // Nanoscale. - 2018. - V. 10. - I. 35. - P. 16574-16580. doi: 10.1039/c8nr04350g.
  16. Caretta, A. Ultrafast response of Ge2Sb2Te5 nanoparticles: The benefits of low energy amorphization switching with the same read/write speed of bulk memories / A. Caretta, B. Casarin, B. Chen et al. //APL Materials. - 2023. - V. 11. - Art. № 071117. - P. 071117-1-071117-5. doi: 10.1063/5.0156207.
  17. Arachchige, I.U. Amorphous and crystalline GeTe nanocrystals / I.U. Arachchige, R. Soriano, C.D. Malliakas et al. // Advanced Functional Materials. - 2011. - V. 21. - I. 14. - P. 2737-2743. doi: 10.1002/adfm.201100633.
  18. Morales, M. Laser-induced forward transfer techniques and applications / M. Morales, D. Munoz-Martin, A. Marquez, et al. // Advances in Laser Materials Processing; 2nd ed. Technology, Research and Applications Woodhead Publishing Series in Welding and Other Joining Technologies. - Coventry: Woodhead Publishing, 2018. - Ch. 13. - P. 339-379. doi: 10.1016/B978-0-08-101252-9.00013-3.
  19. Kiselev, А.V. Dynamics of reversible optical properties switching of Ge2Sb2Te5 thin films at laser-induced phase transitions / A.V. Kiselev, V.V. Ionin, A.A. Burtsev, et al. // Optics & Laser Technology. - 2022. - V. 147. - Art. № 107701. - 6 p. doi: 10.1016/j.optlastec.2021.107701.
  20. Burtsev, A.A. Physical properties' temperature dynamics of GeTe, Ge2Sb2Te5 and Ge2Sb2Se4Te1 phase change materials / A.A. Burtsev, N.N. Eliseev, V.A. Mikhalevsky et al. // Materials Science in Semiconductor Processing. - 2022. - V. 150. - Art. № 106907. - 8 p. doi: 10.1016/j.mssp.2022.106907.
  21. Zhu, Z. Raman study on the crystallization characteristics of amorphous Ge2Sb2Te5 film / Z. Zhu, F.R. Liu, Y.N. Huang // Applied Mechanics and Materials. - 2014. - V. 541-542. - P. 229-233. doi: 10.4028/ href='www.scientific.net/AMM.541-542.229' target='_blank'>www.scientific.net/AMM.541-542.229.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).