Atomsondentomographie von Phasenwechselmaterialien

  Urheberrecht: © I. Physikalisches Institut A Abbildung 1. Hochauflösende, korrelative APT-TEM-Untersuchungen, die die partielle laserinduzierte Kristallisation der amorphen Ge2Sb2Te5-Spitze zeigen.

Atomsondentomographie ist eine der wenigen verfügbaren Techniken, die große Probleme bei der Untersuchung von Phasenwechselmaterialien (PCMs) adressieren kann. Bisher wurden jedoch in diesem Bereich nur sehr wenige Studien durchgeführt. Hier wird die laserunterstützte Atomsondentomographie (APT) verwendet, um systematisch verschiedene kristalline Phasenwechselmaterialien und ihre amorphen Gegenstücke zu untersuchen. Die Technik nutzt Pikosekunden-UV-Laserpulse um Atome einer dünnen Spitze zu verdampfen. Dies ist nicht optimal beim Studium von Phasenwechselmaterialien, die sich durch ultraschnelle Kristallisation auszeichnen. Für einige der PCMs, die durch eine sehr niedrige Kristallisationstemperatur (~ 120 ° C) gekennzeichnet sind, beobachten wir die partielle Kristallisation von amorphen Ge₂Sb₂Te₅-Spitzen während der Studien in der Atomsondentomographie bei der Anwendung von Laserenergien höher als 30 pJ und Basentemperaturen höher als 50 K. Jedoch sind andere amorphe Materialien, die in unserer Gruppe untersucht werden, unter den Laserpulsen im APT stabil. Desweiteren ist wichtig, dass Atomsondentomographieuntersuchungen auffallend unterschiedliche Verdunstungsverhalten für amorphe und kristalline Phasenwechselmaterialien zeigen.

  Urheberrecht: © I. Physikalisches Institut A Abbildung 2. Korrelierende Atomsondentomographie (APT) -Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) -Studien von GeTe-Sb2Te3-Grenzflächenphasenänderungsspeicher.

Übergitterstrukturen zeigen eine noch verbesserte Schaltleistung gegenüber den Standard-PCMs. Viele Chalkogenide sind topologisch nicht trivial und öffnen eine Mehrdeutigkeit in Transportkanälen für die üblichen polykristallinen Materialien. Zum Beispiel wurden vor kurzem die topologischen Eigenschaften vorgeschlagen, den Leitfähigkeitskontrast beim Umschalten in GeTe-Sb₂Te₃-Übergittern zu dominieren. In der "Atomsondengruppe" wird die Beziehung zwischen der Zusammensetzung und der Struktur dieser Übergitter durch die Anwendung eines korrelativen mikroskopischen Ansatzes, d.h. der Kombination der Atomsondentomographie (APT) mit der Transmissionselektronenmikroskopie (TEM), wie in Fig. 2 gezeigt, untersucht. Dies gibt direkte Informationen über die Interdiffusion zwischen den Übergitterbestandteilen im Nanometerbereich, die Qualität der Epitaxialfilme und die Defektbildung in jedem abgelagerten Film.