CC BY
3
УДК 53
Марченко А.В.
доктор физ.-мат. наук, профессор, профессор кафедры физической электроники, Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена,
Санкт-Петербург, Российская Федерация
Серегин П.П. доктор физ.-мат. наук, профессор, профессор кафедры физической электроники, Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена,
Санкт-Петербург, Российская Федерация
Доронин В.А.
ассистент кафедры физической электроники, Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена,
Санкт-Петербург, Российская Федерация
Петрушин Ю.А. аспирант кафедры физической электроники, Российский государственный педагогический университет им. А.И. Герцена,
Санкт-Петербург, Российская Федерация
ЛОКАЛЬНОЕ ОКРУЖЕНИЕ АТОМОВ ГЕРМАНИЯ В ПЛЕНКАХ (СеТе)х(БЬ2Тев)
Аннотация
С использованием мессбауэровской спектроскопии на примесных атомах 119Бп исследованы пленки состава (СеТе)х(БЬ2Тез). Представленные соединения выступают в качестве основы фазовой компьютерной памяти. В работе были получены данные по химическому сдвигу мессбауэровских спектров 119Бп, отражающие изменение валентного состояния атомов олова в процессе кристаллизации аморфных сплавов. Поскольку атомы Бп занимают позиции атомов германия в аморфных и кристаллических пленках (СеТе)х(БЬ2Тез), то это позволило охарактеризовать как локальное окружение атомов германия, так и систему их химических связей в этих соединениях.
Ключевые слова
Мессбауэровская спектроскопия, фазовая память, сплавы (СеТе)х(БЬ2Тез).
Межфазная память с фазовым переходом, использующая сверхрешетки на основе халькогенидов (СеТе)х(БЬ2Тез) (где х = 0.5, 1, 2, 3), предлагает необычайно высокую производительность устройств и является новым претендентом на замену традиционной памяти с фазовым переходом на основе однослойных материалов. Эти материалы демонстрируют контрастирующие оптические и электрические свойства в кристаллическом и аморфном состояниях, что привело к их широкому применению в различных устройствах памяти. Естественные требования для дальнейшего повышения плотности записи и миниатюризации запоминающих устройств могут быть выполнены, если будет идентифицирована структура ближнего порядка аморфных и кристаллических пленок (СеТе)х(БЬ2Тез). Однако, если кристаллические структуры указанных пленок хорошо известны, то неоднозначность в интерпретации экспериментальных результатов исследований аморфных пленок не позволяет для них построить аналогичные структуры.
В сплавах СеБЬТе все атомы имеют мессбауэровские изотопы (7зСе, 121БЬ и 125Те), что открывает уникальную возможность использования абсорбционного варианта мессбауэровской спектроскопии,
когда такие пленки без каких-либо ограничений могут быть объектами мессбауэровского исследования. Целью настоящего исследования была идентификация структуры ближнего порядка и электронной структуры атомов германия в кристаллических и аморфных пленках (GeTe)x(Sb2Te3) с использованием методики МС на изотопе 119Sn.
Предметом исследований служили рентгеноаморфные пленки толщиной от 40 до 120 мкм (получены магнетронным распылением поликристаллических мишеней на постоянном токе) и поликристаллические пленки (получены путем отжига аморфных пленок в интервале температур 150° -200° C) составов Ge2.95Sn0.05Sb2Te6, Ge1.95Sn0.05Sb2Te5, Ge0.95Sn0.05Sb2Te4, Ge1.95Sn0.05GeSb4Te7. Подложкой пленок служила алюминиевая фольга, а распыление мишеней проводилось в атмосфере азота. Синтез мишеней проводился с использованием обогащенного до 96% изотопа 119Sn. Измерение мессбауэровских спектров проводилось при 80 К (использовался источник в химической форме Ca119mmSnO3, а химические сдвиги б спектров 119Sn даны относительно поглотителя CaSnO3).
Мессбауэровские спектры всех пленок представляют собой синглеты (ширина спектров для аморфных пленок была G ~ 1.33 - 1.36 мм/с, а для поликристаллических G ~ 1.30 - 1.35 мм/с ) с химическими сдвигами б ~ 2.04 - 2.07 мм/с (для аморфных пленок) и б ~ 3.49 - 3.51 мм/с (для поликристаллических пленок).
Химические сдвиги спектров аморфных пленок лежат в области химических сдвигов спектра примесных атомов 119Sn в монокристаллическом Ge (б = 1.79 мм/с) и спектра a-Sn119 (б = 2.10 мм/с), т.е. лежат в области химических сдвигов мессбауэровских спектров соединений четырехвалентного олова Sn-IV с тетраэдрической sp3 системой химических связей. Исходя из этих фактов, а также учитывая, что германий и олово находятся в главной подгруппе четвертой группы таблицы Д.И. Менделеева и имеют схожие заселенности внешних (валентных) электронных оболочек, можно сделать вывод об изовалентном замещении в структуре аморфных пленок примесными атомами Sn-IV атомов Ge-IV с образованием тетраэдрические системы химических связей с атомами в своем локальном окружении.
В случае нахождения в локальном окружении атомов олова (германия) атомов теллура (т.е. образование химических связей Sn-Sn и Ge-Ge) химический сдвиг спектров 119Sn аморфных пленок должен быть ~ 1.80 мм/с (как для спектра примесных атомов олова в монокристаллическом Ge), тогда как спектры всех аморфных пленок имеют изомерные сдвиги в пределах б ~ 2.06-2.09 мм/с. Отметим, что в этих же пределах лежат изомерные сдвиги спектров примесных атомов 119Sn в стеклообразном сплаве Ge1.45Sn0.05Te8.5, в которых атомы германия (олова) четырехвалентны, образуют систему sp3 связей (их координационное число равно четырем) и имеют в локальном окружении только атомы теллура. Исходя из всего выше приведенного, следует заключить, что в аморфных пленках в локальном окружении атомов германия находятся атомы теллура.
Уширение спектров 119Sn аморфных пленках связано как с искажением тетраэдрических углов между химическими связями атомов Sn (и Ge) с атомами Te в их ближайшем окружении, так и с флуктуациями в расстояниях от атомов Sn (Ge) до атомов Te (но тетраэдрическая система химических связей сохраняется).
Химические сдвиги мессбауэровских спектров 119Sn всех поликристаллических пленок близки к химическому сдвигу спектра типичного соединения ионного двухвалентного олова SnTe (кристаллическая решетка типа NaCl, электронная конфигурация ионов олова 5s2px). Можно сделать вывод, что в поликристаллических пленках атомные центры Sn2+ (5s2px) замещают атомные центры Ge2+ (4s2px) в катионных позициях.
© Марченко А.В., Серегин П.П., Доронин В.А., Петрушин Ю.А., 2022
