Электронно-микроскопические исследования структуры тонких эпитаксиальных слоев GeSbTe, выращенных на подложке Si(111)

Электронно-микроскопические исследования структуры тонких эпитаксиальных слоев GeSbTe, выращенных на подложке Si(111)

Для создания элементов памяти нового поколения представляют интерес эпитаксиальные слои GeSbTe (GST) с высоким кристаллическим совершенством, а также многослойные кристаллические структуры на основе сверхрешеток GeTe/SbTe, выращенные на кремниевых подложках. Это инициирует изучение закономерностей формирования подобных материалов, в том числе с применением метода молекулярно-пучковой эпитаксии. В работе исследована структура тонкого эпитаксиального слоя (толщиной 13 нм) GST, используемого для создания ячеек памяти на основе изменения фазового состояния вещества. Слои выращены на пассивированной сурьмой подложке Si(111) методом молекулярно-пучковой эпитаксии. Исследования проведены методами просвечивающей электронной микроскопии и электронографического анализа с применением образцов поперечного и планарного сечений. Получены высокоразрешающие изображения образцов поперечного сечения, а также дифракционные картины от тонкой фольги планарного сечения и ее светлопольные микрофотографии. Выявлено, что слой состоит из кристаллически совершенных зерен в основном гексагональной фазы, а в некоторых локальных областях - из упорядоченной кубической фазы GST, базисные плоскости которой параллельны поверхности подложки. На основе количественного анализа муарового узора, возникающего на светлопольных электронно-микроскопических изображениях, установлено, что зерна, для которых плоскости GST( ) и Si(220) развернуты относительно друг друга вокруг направления роста в пределах 2°, занимают около 60 % площади поверхности эпитаксиального слоя, 26 % приходится на практически неразвернутые зерна. Доля площади зерен, разориентированных относительно подложки на углы от 2 до 8º, близка к 33 %, а на угол более 8º развернуты зерна, занимающие около 7 % площади слоя. Средний угол разворота равен примерно 2,6°. Средний оценочный размер неразвернутых зерен составляет около 150 нм и уменьшается по мере роста угла разворота относительно подложки. Выявленные закономерности зернистой структуры эпитаксиального слоя GST свидетельствуют об ориентирующем влиянии подложки Si(111) на его формирование.
  • Ключевые слова: фазовая память, система Ge-Sb-Te, эпитаксиальный слой, подложка Si(111), просвечивающая электронная микроскопия, электронографический анализ
  • Информация о финансировании: работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки РФ (тема АААА-А20-120071490069-9, соглашение № 075-03-2020-216, код 0719-2020-0018) с использованием оборудования ЦКП «Диагностика и модификация микроструктур и нанообъектов».
  • Для цитирования: Электронно-микроскопические исследования структуры тонкого эпитаксиального слоя Ge2Sb2Te5, выращенного на подложке Si(111) / Ю.С. Зайцева, Н.И. Боргардт, А.С. Приходько и др. // Изв. вузов. Электроника. 2021. Т. 26. № 3-4. С. 214–225. DOI: https://doi.org/10.24151/1561-5405-2021-26-3-4-214-225
Юлия Сергеевна Зайцева
Национальный исследовательский университет «МИЭТ»
Николай Иванович Боргардт
Национальный исследовательский университет МИЭТ, г. Москва, Россия
Александр Сергеевич Приходько
Национальный исследовательский университет «МИЭТ»
Eugenio Zallo
Мюнхенский технический университет
Raffaella Calarco
Институт микроэлектроники и микросистем
Поделиться