Получение наночастиц фазоизменяемого материала Ge2Sb2Te5 методом прямого лазерноиндуцированного переноса
А.А. Бурцев, В.А. Михалевский, А.А. Невзоров, А.В. Киселев, М.Р. Конникова, В.В. Ионин, Н.Н. Елисеев, А.А. Лотин
ФГБУ «Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»
DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.612
Оригинальная статья
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 добитьсяэнергетической эффективности, большей гибкости и плавности переключения, а также даст возможность реализовать нейроморфных и стохастические вычисления.
Ключевые слова: халькогениды, фазоизменяемые материалы, наночастицы, нанокластеры, лазерно-индуцированный перенос, фазовые переходы
- Бурцев Антон Андреевич – научный сотрудник, ФГБУ «Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»
- Михалевский Владимир Александрович – научный сотрудник, ФГБУ «Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»
- Невзоров Алексей Алексеевич – к.ф.-м.н., научный сотрудник, ФГБУ «Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»
- Киселев Алексей Владимирович – к.ф.-м.н., научный сотрудник, ФГБУ «Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»
- Конникова Мария Руслановна – младший научный сотрудник, ФГБУ «Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»
- Ионин Виталий Вячеславович – научный сотрудник, ФГБУ «Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»
- Елисеев Николай Николаевич – младший научный сотрудник, ФГБУ «Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»
- Лотин Андрей Анатольевич – к.ф.-м.н., заместитель руководителя отделения, ФГБУ «Национальный исследовательский центр «Курчатовский институт»
Ссылка на статью:
Бурцев, А.А. Получение наночастиц фазоизменяемого материала Ge2Sb2Te5 методом прямого лазерноиндуцированного переноса / А.А. Бурцев, В.А. Михалевский, А.А. Невзоров, А.В. Киселев, М.Р. Конникова, В.В. Ионин, Н.Н. Елисеев, А.А. Лотин // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2024. — Вып. 16. — С. 612-620. DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.612.
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
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/www.scientific.net/AMM.541-542.229.