Структура тонких пленок материалов фазовой памяти на основе Ge-Sb-Te по данным электронной микроскопии тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.10, кандидат наук Зайцева Юлия Сергеевна

• Зайцева Юлия Сергеевна
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Зайцева Юлия Сергеевна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. МАТЕРИАЛЫ ФАЗОВОЙ ПАМЯТИ Ge-Sb-Te И ИХ АТОМАРНАЯ СТРУКТУРА

1.1. Применение материалов GST в микроэлектронике

1.1.1. Принцип работы ячеек памяти

1.1.2. Фазообразование материалов GST, применяемых в устройствах памяти

1.2. Методы роста тонких пленок GST

1.3. Методы исследования материалов GST

1.3.1. Электрофизические, оптические и рентгеновские методы исследования материалов GST

1.3.2. Электронно-микроскопические методы исследования материалов GST

1.3.3. Поверхностные образования в пленках GST

1.4. Выводы по главе

ГЛАВА 2. ЭЛЕКТРОННО- МИКРОСКОПИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ СТРУКТУРЫ И ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА МАТЕРИАЛОВ GST

2.1. Образцы для исследований

2.2. Подготовка образцов для электронно-микроскопических исследований

2.2.1. Приготовление образцов поперечного сечения методом In-Situ Lift-Out

2.2.2. Приготовление планарных образцов методом In-Situ Lift-Out

2.3. Просвечивающая электронная микроскопия

2.3.1. Устройство просвечивающего электронного микроскопа

2.3.2. Формирование изображений в просвечивающем электронном микроскопе

2.3.2.1. Муаровый узор

2.3.3. Просвечивающая растровая электронная микроскопия

2.4. Высокоразрешающая электронная микроскопия

2.4.1. Упругое рассеяние электронов

2.4.2. Формирование высокоразрешающих электронно-микроскопических изображений

2.4.3. Метод геометрической фазы для цифровой обработки ВРЭМ -изображений

2.5. Энергодисперсионный рентгеновский микроанализ

2.6. Выводы по главе

ГЛАВА 3. ЭЛЕКТРОННО-МИКРОСКОПИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭПИТАКСИАЛЬНЫХ СЛОЕВ GST

3.1. Особенности фазообразования и химического состава в эпитаксиальных

слоях GST

3.2. Зернистая структура эпитаксиальных слоев GST

3.3. Визуализация дислокаций несоответствия на границе раздела Si/GST

3.4. Поверхностные образования в эпитаксиальном слое GST326

3.4.1. Растровая электронная микроскопия поверхностных образований в слое GST326 и их ориентация относительно кремниевой подложки

3.4.2. Структура и химический состав поверхностных образований

3.4.3. Возможные механизмы формирования поверхностных образований

3.5. Выводы по главе

ГЛАВА 4. ЭЛЕКТРОННО-МИКРОСКОПИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ТОНКИХ ПЛЕНОК GST, ОСАЖДЕННЫХ МЕТОДАМИ ВАКУУМНО-ТЕРМИЧЕСКОГО ИСПАРЕНИЯ И МАГНЕТРОННОГО РАСПЫЛЕНИЯ

4.1. Сравнительный анализ структуры и химического состава тонких пленок GST, осажденных методами вакуумно-термического испарения и магнетронного распыления

4.1.1. Электронно-микроскопические исследования аморфных пленок GST

4.1.2. Электронно-микроскопические исследования пленок GST в кубической фазе

4.1.3. Электронно-микроскопические исследования пленок GST в

гексагональной фазе

3

4.2. Влияние термообработки на структуру тонких пленок 08Т225, осажденных

магнетронным распылением

4.3. Исследование формируемых под воздействием лазерного излучения периодических поверхностных структур в тонких пленках 08Т225

4.4. Поверхностные образования в пленках 08Т225, осажденных методом ВТИ

4.4.1. Растровая электронная микроскопия поверхностных дефектов

4.4.2. Структура и химический состав дефектов на поверхности пленки, осажденной методом ВТИ

4.5. Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Структура тонких пленок материалов фазовой памяти на основе Ge-Sb-Te по данным электронной микроскопии»

ВВЕДЕНИЕ

Халькогенидные полупроводниковые материалы на основе соединений системы Ge-Sb-Te (GST) находят широкое применение в микроэлектронике, в частности, для изготовления энергонезависимых элементов памяти с изменяемым фазовым состоянием, обладающих высоким быстродействием [1, 2]. Принцип работы так называемой фазовой памяти (ФП) основан на переключении ячеек между аморфным и кристаллическим состояниями программируемого материала GST, в которых он обладает существенно различными оптическими и электрофизическими свойствами, что позволяет реализовать двоичную логику. Кроме того, в настоящее время активно изучаются халькогенидные сверхрешетки, состоящие из нанометровых слоев GeTe и Sb2Te3 [3, 4]. Интерес к таким гетероструктурам обусловлен возможностью реализации многоуровневой ФП с меньшей потребляемой мощностью устройств памяти, что достигается благодаря механизму переключения, связанному с перемещением атомов в кристаллических фазах материала без энергоемкой операции плавления [5].

В зависимости от требований, предъявляемых к свойствам тонких пленок GST, применяются различные методы их роста. Например, с помощью вакуумно -термического испарения (ВТИ) [6] и магнетронного распыления (МР) [7] осаждают пленки, используемые в классических устройствах памяти, функционирование которых основано на обратимом фазовом переходе материала из аморфного в кристаллическое состояние. Поскольку кристаллизация является наиболее длительным процессом при работе устройств памяти [2], детальное изучение ее кинетики представляет интерес с точки зрения возможной оптимизации свойств материалов памяти. Эпитаксиальные методы, позволяющие формировать слои GST с совершенной кристаллической решеткой, открывают широкие возможности для изучения фундаментальных процессов, протекающих при фазовых переходах в материалах ФП, а также для создания нового класса памяти на основе сверхрешеток [3 ].

Исследование и контроль структуры и химического состава слоев GST с разрешением вплоть до атомарного являются необходимыми для оптимизации технологического процесса формирования структур на основе GST и улучшения их

функциональных характеристик. Среди методов исследования GST особую роль играет просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ), позволяющая изучать локальные особенности материала на атомарном уровне.

Необходимость интегрирования структур GST в кремниевую технологию обуславливает обширные исследования таких материалов на Si подложках [8, 9]. В [9] показано, что ориентация подложки Si(111) является оптимальной для формирования эпитаксиальных слоев GST. Считается, что вандерваальсова эпитаксия, характеризующаяся наличием щели Ван-дер-Ваальса на границе раздела Si/GST, позволяет устранить напряжения, возникающие из-за существенного рассогласования параметров решеток кремния и материала GST. Анализ влияния подложки на рост эпитаксиальных слоев GST является одной из первоочередных задач для оптимизации устройств ФП. В частности, граница раздела Si/GST может быть охарактеризована с применением образцов поперечного сечения методом высокоразрешающей электронной микроскопии (ВРЭМ). Изучение ориентации эпитаксиальных слоев GST относительно кремниевой подложки возможно на основе тонких фольг планарного сечения с применением электронографического анализа и светлопольных микрофотографий.

Растровая электронная микроскопия (РЭМ) может быть использована для исследования морфологии поверхности пленок GST, в том числе для анализа поверхностных образований (дефектов), выявляемых в пленках GST при их росте на различных подложках с ориентацией поверхности типа (111) [9-11]. Поскольку их наличие может приводить к ухудшению функциональных свойств материалов GST или деградации устройств памяти на их основе, важно определить причины формирования таких дефектов. Для этого необходима характеризация их атомарной структуры и химического состава, которая может быть выполнена методами просвечивающей электронной микроскопии и энергодисперсионного рентгеновского микроанализа. Сложность подобных исследований заключается в наномасштабных размерах поверхностных образований, поэтому подготовка электронно-микроскопических образцов может быть выполнена только методом In-Situ Lift-Out, позволяющим прецизионно выбирать участок на поверхности исходного образца.

Метод In-Situ Lift-Out также открывает возможность сопоставления РЭМ- и ПЭМ-изображений заданного участка образца для сравнения морфологии его поверхности со структурой приповерхностной области, что позволяет изучать природу периодических поверхностных структур («риплов»), формируемых при воздействии на пленки GST лазерного излучения и являющихся перспективными для создания так называемых метаповерхностей различной геометрии и фазового состава.

Цель диссертационной работы - выявление закономерностей атомарного строения и фазовых превращений в тонких пленках материалов фазовой памяти системы GST на основе исследования их морфологии поверхности, структуры и определения состава методами электронной микроскопии и рентгеновского микроанализа.

Для достижения поставленной цели в рамках диссертационной работы решались следующие задачи:

1. Отработать методы приготовления и исследования электронно-микроскопических образцов планарного и поперечного сечений, в том числе для дальнейшего сопоставления изображений растровой и просвечивающей электронной микроскопии наноразмерных областей в пленках GST.

2. Исследовать особенности атомарной структуры, химического состава и фазового состояния пленок, сформированных методами молекулярно-пучковой эпитаксии, вакуумно-термического испарения и магнетронного распыления.

3. Исследовать зернистую структуру слоев GST, выращенных методом молекулярно-пучковой эпитаксии на пассивированной сурьмой подложке Si( 111)-(V3xV3)R30o-Sb.

4. Исследовать атомарное строение и химический состав образований (дефектов) на поверхности пленок GST, полученных методами молекулярно-пучковой эпитаксии и вакуумно-термического испарения.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Для эпитаксиальных слоев GST толщиной от 6 до 45 нм, выращенных на подложке Si(111)-(V3xV3)R30o-Sb, характерна зернистая кристаллическая структура с ориентацией блоков материала GST параллельно поверхности подложки, со

средними размерами зерен от 70 до 140 нм и разворотом их большей части вокруг направления Si[111] на угол менее 8°.

2. В неразвернутых относительно подложки зернах GST релаксация напряжений, возникающих на границе раздела Si(111)/GST из-за различия межплоскостных расстояний в кремнии и материале GST, происходит с образованием дислокаций несоответствия, периодичность расположения которых близка к теоретическому значению, равному 2,035 нм.

3. Для дефектов в форме усеченных треугольных пирамид с латеральными размерами 30-500 нм на поверхности эпитаксиальных слоев GST характерно как обеднение германием, так и рост в крупных дефектах части блоков материала GST, ограниченных вакансионными плоскостями, под углом 70,5° к границе раздела с подложкой Si( 111).

4. При отжиге осажденных методом ВТИ аморфных пленок Ge 2Sb2Te5 при 250 °C на поверхности гексагональной фазы GST формируются островковые дефекты с размерами в пределах 0,3 -1,4 мкм, которые имеют близкую к усеченным тетраэдрам и октаэдрам форму и представляют собой кубическую модификацию Sb2O3.

Научная новизна:

1. Эпитаксиальные слои Ge2Sb2Te5 толщиной 6, 13 и 32 нм и Ge3Sb2Te6 толщиной 45 нм состоят из кристаллических зерен, развернутых вокруг направления Si[111] на углы от 0 до 14°. Установлено, что с увеличением толщины слоя доля зерен с относительно большими углами разворота уменьшается, что свидетельствует об их постепенном поглощении более крупными и мало развернутыми зернами по мере эпитаксиального роста.

2. На основе анализа высокоразрешающих электронно-микроскопических изображений методом геометрической фазы выявлены поля деформаций в окрестности дислокаций несоответствия, возникающих на границе раздела между подложкой и эпитаксиальным слоем из-за различий межплоскостных расстояний в кремнии и материале GST и расположенных на расстоянии (2,04±0,05) нм.

3. Показано, что атомарное строение дефектов на поверхности эпитаксиальных слоев GST в целом аналогично структуре слоев, однако в крупных дефектах часть блоков материала Ge3Sb2Te6, ограниченных вакансионными

плоскостями, может быть ориентирована под углом 70,5° к поверхности подложки Si( 111), а их химический состав меняется от Ge3Sb2Te6 к GeSb2Te4 вдоль направления роста.

4. С применением метода In-Situ Lift-Out для приготовления образцов и электронно-микроскопическими исследованиями установлено, что при отжиге на поверхности тонких пленок GST, полученных вакуумно-термическим испарением, формируются кристаллы сенармонтита Sb2O3, которые занимают около 1% площади пленки и имеют форму, близкую к усеченным тетраэдрам и октаэдрам.

5. С применением совмещения изображений растровой и просвечивающей электронной микроскопии выявлено, что в приповерхностной области пленок GST, осажденных методом магнетронного распыления, после воздействия на них фемтосекундным лазерным излучением формируются чередующиеся аморфная и кубическая фазы GST с периодом, приблизительно равным длине волны лазерного излучения.

Теоретическая и практическая значимость результатов работы:

1. Выявленные особенности атомарного строения и кристаллизации тонких пленок GST могут быть использованы как для развития теоретических моделей роста слоев GST, так и оптимизации технологии их формирования различными методами.

2. Результаты проведенного анализа поля деформации дислокаций несоответствия вблизи границы раздела Si( 111 )/GST способствуют развитию теоретических подходов, описывающих закономерности релаксации напряжений несоответствия в подобных системах.

3. Разработанная процедура определения углов разворота отдельных зерен GST относительно подложки с помощью анализа периода муарового узора на светлопольных изображениях может применяться для характеризации тонких пленок GST с зернистой структурой.

4. Развитый подход совмещения изображений растровой и просвечивающей электронной микроскопии позволяет сопоставлять данные о морфологии поверхности с информацией о структуре поверхностных образований или приповерхностной области пленок GST.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы представлены докладами на следующих конференциях: Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2017, 2018, 2019, 2020, 2021 (Москва, 2017, 2018, 2019, 2020, 2021 г.), 2017 IEEE Conference of Russian Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (EIConRus) (Москва, 2017 г.), 12th International Symposium on Crystallization in Glasses and Liquids (Crystallization 2017) (Segovia, Spain, 2017 г.), IX, X Всероссийская школа-семинар студентов, аспирантов и молодых ученых «Диагностика наноматериалов и наноструктур» (Рязань, 2017, 2018 г.), 2-й Международный форум «Техноюнити - Электронно-лучевые технологии для микроэлектроники» (Москва, 2017 г.), XXVII, XXVIII Российская конференция по электронной микроскопии (Черноголовка, 2018, 2020 г.), Конференция с международным участием «Электронно-лучевые технологии» КЭЛТ-2019, 2021 (Черноголовка, 2019, 2021 г.), 9th International Conference on Amorphous and Nanostructured Chalcogenides (Молдова, Кишинев, 2019 г.).

По материалам диссертационной работы опубликовано 29 работ, включая 10 статей, 7 из них в журналах, рецензируемых в базе Web of Science [12-18], 3 в журналах, рекомендованных ВАК [13, 17, 19], а также 19 тезисов докладов на различных конференциях.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 132 наименований. Общий объем диссертации - 149 страниц, включая 72 рисунка и 6 таблиц.

ГЛАВА 1. МАТЕРИАЛЫ ФАЗОВОЙ ПАМЯТИ Ge-Sb-Te И ИХ АТОМАРНАЯ СТРУКТУРА

В настоящей главе приведены основные сведения о структуре материалов фазовой памяти на основе системы GST, особенностях фазообразования в них и методах получения тонких пленок GST, а также рассмотрены существующие подходы к исследованию материалов GST, в том числе методами электронной микроскопии.

1.1. Применение материалов GST в микроэлектронике

Халькогенидные полупроводниковые материалы на основе соединений системы GST широко применяются в различных приложениях микро- нано- и оптоэлектроники. На их основе создаются электронные дисплеи [20], термоэлектрические преобразователи [21, 22] и оптические волноводы. Однако наибольшее распространение получила так называемая фазовая память, в которой запись и хранение информации осуществляются за счет различных фазовых состояний программируемого материала в ячейках памяти [2]. Первые устройства ФП на основе халькогенидных полупроводников GST появились несколько десятилетий назад. К ним относятся оптические диски для хранения информации, а также электрическая энергонезависимая память, реализуемая в ячейках памяти интегральных микросхем. Принцип работы устройств ФП основан на быстром и обратимом переходе материала GST из аморфного в кристаллическое состояние, что сопровождается резким изменением электрофизических и оптических характеристик материала и, таким образом, позволяет реализовать в ячейках памяти двоичную логику.

Один из перспективных подходов к дальнейшему совершенствованию устройств ФП с низкой энергией переключения основан на применении устройств, состоящих из халькогенидных наноструктурированных сверхрешеток на основе слоев Sb2Te3 и GeTe [3, 4, 23]. Такие сверхрешетки со слоями, обладающими высоким кристаллическим совершенством, открывают возможность снижения

потребляемой мощности устройств памяти, а также создания многоуровневой ФП [24].

1.1.1. Принцип работы ячеек памяти

На основе материалов GST были разработаны коммерчески успешные оптические диски различных форматов: CD и CD-ROM, DWD-RAM, DWD±R/RW и Blu-Ray. За несколько десятилетий технические характеристики таких дисков существенно улучшились: от объема в 650 Мбайт и скорости обмена информацией 4,3 Мбит/сек, характерных для CD, до объема в 128 ГБ при скорости обмена 36 Мбит/сек в четырехслойных дисках Blu-Ray [25].

Помимо оптических дисков, в которых запись, стирание и чтение информации осуществляется с помощью лазерного излучения, в настоящее время широко распространены ячейки памяти произвольного доступа типа PC-RAM (Phase Change Random Access Memory) [26]. Устройства фазовой памяти, производимые такими компаниями, как Samsung, Intel, IBM, Philips, Elpida Memory, STMicroelectronics, обладают рядом преимуществ. В частности, фазовая память характеризуется высокими надежностью и быстродействием, что в сочетании с ее энергонезависимостью и низкой мощностью, потребляемой при перезаписи информации, делает устройства ФП конкурентоспособными среди других типов памяти [27].

Принцип двоичной логики в устройствах ФП реализуется на основе различных фазовых состояний материала - аморфного и кристаллического, переход между которыми осуществляется под воздействием оптического или электрического импульса [28]. При этом меняются свойства программируемого материала, в том числе оптический коэффициент отражения и удельное сопротивление, различным значениям которых ставятся в соответствие логические «0» и «1» ячейки памяти.

Для аморфизации материала его расплавляют путем подачи мощного оптического или электрического импульса с резким задним фронтом, благодаря которому материал охлаждается с высокой скоростью (рисунок 1.1). В результате резкого охлаждения вязкость расплава существенно увеличивается, формируется

переохлажденная жидкость, а затем - аморфная фаза GST. Длительность такого импульса не превышает 100 нс, а сопротивление ячейки в аморфной фазе составляет около 1 МОм, что соответствует состоянию логического «0».

Время

Рисунок 1.1 - Схематичное представление управления фазовым состоянием ячейки памяти при записи, чтении и стирании данных

Для записи состояния логической «1» осуществляется обратный переход материала GST в кристаллическое состояние. Для этого подается более длительный импульс, под действием которого материал нагревается до температуры, при которой происходит переход из аморфной в кристаллическую фазу. При этом сопротивление ячейки падает на 3-4 порядка до ~ 1 кОм. Процесс кристаллизации является наиболее длительным и занимает порядка 120 нс, поэтому именно он определяет скорость работы ячейки памяти в целом.

Считывание информации осуществляется с помощью импульса меньшей мощности, не вызывающего фазового перехода в материале GST и длящегося порядка 50 нс [29].

Помимо описанного выше принципа работы ФП с двумя фазовыми состояниями, существуют разработки усовершенствованных ячеек памяти, работающих с промежуточными стадиями с различными долями кристаллической фазы материала и, соответственно, разными значениями удельного сопротивления. Такие ячейки могут быть использованы для создания многоуровневой фазовой памяти с большей плотностью записи информации.

аморфная фаю

Работу устройств ФП рассмотрим на примере ячеек памяти, изготовленных по КМОП-технологии и управляемых электрическим импульсом. Классическая конструкция ячейки состоит из слоя программируемого материала GST, нагревательного электрода под ним и расположенного сверху металлического контакта (рисунок 1.2а). Управление ячейкой осуществляется за счет резистивного нагрева структуры электрическим током [30]. Нагревательный электрод обычно выполняется в виде тонкой проволоки TiN. Объем материала GST, который необходимо запрограммировать, довольно мал (рисунок 1.2в), что снижает время переключения ячейки и требования к потребляемому току [31]. В результате этого минимизируется деградация интерфейса между нагревательным электродом и активной областью, количество циклов перезаписи увеличивается вплоть до 1012 [26, 29]. Управляющий транзистор определяет проходящий через ячейку ток, обеспечивая запись, стирание или чтение информации.

слои GS"L

SiO: - ------

металлический контакт

область программирования

управляющий транзистор

а

металл и чес ю п i м>| паю

слой GST

нагревательный электрод

б

■VH^fl

металлический ижгакг

слои (iST

область программи- rvMt:u<Liu SiO,

1

50 нм

Рисунок 1.2 - Схематическая конструкция ячейки фазовой памяти (а) и электронно-микроскопические изображения ячейки в состояниях логических «1» (б) и «0» (в) [26]

в

На рисунке 1.2б,в показана наиболее распространенная структура ячейки памяти с грибовидной («mushroom») областью программирования материала GST. В высокоомном состоянии логического «0» (рисунок 1.2в) в материале формируется аморфный купол, напоминающий шляпку гриба, в результате чего сопротивление ячейки увеличивается на 3 -4 порядка.

14

Принципиальными требованиями к разрабатываемым конструкциям ячеек ФП являются совместимость с современными технологиями микроэлектроники и максимально низкий ток программирования при сохранении функциональных характеристик материалов GST [2]. Для минимизации величины тока ячейки памяти должны иметь малый объем и высокую теплоизоляцию.

В настоящее время продолжается активный поиск оптимальных материалов и совершенствование структуры ячеек фазовой памяти. Незначительные изменения в конструкции ячейки могут оказывать большое влияние на критические характеристики устройства, включая стабильность и скорость кристаллизации. Структура ячейки должна быть масштабируемой, а также технологичной, поскольку масштабирование подразумевает не только уменьшение физических размеров, но и увеличение количества ячеек памяти в одной интегральной микросхеме [30, 32]. Поэтому большой интерес представляет так называемая самовыравнивающаяся (англ. self-aligned ^Trench) архитектура ячеек ФП, к преимуществам которой относятся хорошая масштабируемость, маленький размер ячейки и низкий ток программирования в сочетании с относительно невысокими требованиями к литографии [31, 33]. На рисунке 1.3 показано электронно-микроскопическое изображение поперечного сечения ячейки с такой архитектурой, на основе которой реализуются устройства памяти объемом 128 Мб с применением технологического процесса с проектной нормой 90 нм и менее [34].

Рисунок 1.3 - ПЭМ- изображение, иллюстрирующее архитектуру «р Trench»

ячейки памяти [34]

Из изображения видно, что толщина нитевидных нагревательных электродов не превышает 10 нм, в качестве межслойных контактов к подложке используются вольфрамовые столбики. Программируемый материал с изменяемым фазовым состоянием представляет собой слой толщиной около 60 нм. Формирование таких слоев (тонких пленок) из халькогенидных материалов ФП, осуществляется с помощью различных методов роста, которым посвящен раздел 1.2. настоящей главы.

1.1.2. Фазообразование материалов GST, применяемых в устройствах

памяти

В системе GST особый интерес представляют соединения, лежащие на линии квазибинарного разреза GeTe-Sb2Te3: GeSb2Te4 (GST124), Ge2Sb2Te5 (GST225), Ge3Sb2Te6 (GST326), Ge4Sb2Te7 (GST427). Наиболее перспективным считается соединение GST225 благодаря совокупности функционально значимых характеристик: времени фазового перехода, количеству циклов перезаписи, температуре плавления, определяющей потребляемую мощность. Поэтому описание атомарной структуры и особенностей фазообразования в материалах GST в настоящей работе приводится применительно к этому соединению.

Для всех соединений системы GST характерен большой процент незаполненных атомных позиций в кристаллической решетке. Их доля варьируется в зависимости от конкретного соединения: в структуре GST124 достигает 25%, в наиболее широко используемом соединении GST225 вакансии занимают в ячейке 20%, и по мере увеличения концентрации германия в соединении GST их доля уменьшается. Расположение вакансий в решетке материала GST во многом определяет его фазовое состояние и свойства. При описании фазообразования в системе GST обычно выделяют два фазовых перехода: из аморфного состояния материал переходит в метастабильное кристаллическое состояние с кубической решеткой, а затем формируется гексагональная решетка GST, соответствующая стабильному состоянию. Следовательно, материалы системы GST подчиняются правилу Оствальда [35], согласно которому кристалл формируется изначально в наименее стабильном полиморфном состоянии и затем последовательно переходит

в более стабильные формы. Наименее стабильной является кубическая фаза GST с параметром решетки a = 6,0293 А и кристаллической структурой типа NaCl пространственной группы Fm3m [36]. Атомы теллура занимают места Cl, атомы германия и сурьмы, а также вакансии располагаются на местах Na произвольным образом [37] (рисунок 1.4а). В стабильной гексагональной фазе материал приобретает блочную структуру с пространственной симметрией P3m1, причем отдельные блоки GST разделены так называемыми щелями Ван-дер-Ваальса (рисунок 1.4б). Параметр решетки a для такой системы равен 0,42 нм, а параметр c зависит от соединения GST: для GST124 он составляет 1,35 нм, для GST225 - 1,72 нм, для GST326 - 2,0 нм.

а б

Рисунок 1.4 - Кристаллические ячейки GST225 в кубической (а) и

гексагональной (б) фазах

При детальном исследовании кристаллических фаз в материале GST была выявлена промежуточная метастабильная фаза, которая получила название упорядоченной кубической (vacancy ordered cubic) [38-40]. Согласно [40], произвольное расположение вакансий в кубической решетке GST (рисунок 1.5а) не является энергетически выгодным состоянием. Постепенно собираясь в плоскостях (111) между соседними плоскостями атомов теллура, они в конечном итоге формируют блочную структуру GST, блоки которой разделены вакансионными слоями (плоскостями) (рисунок 1.5б). Расстояние между рядами теллура в этой фазе составляет около 3,3 А и может незначительно варьироваться в зависимости

17

от остаточной концентрации в вакансионных плоскостях атомов германия и сурьмы [41 ]. Два последовательных слоя вакансий могут быть разделены 7, 9, 11 и более атомными плоскостями, соответствующими различным соединениям системы GST, что приводит к локальным вариациям химического состава в пределах пленки [42]. Согласно [41], кубическая упорядоченная фаза также характеризуется перемещением атомов сурьмы ближе к вакансионному слою. Однако в целом расположение германия и сурьмы в материалах GST с блочной структурой остается не до конца изученным.

а б в

Рисунок 1.5 - Схематичное представление фазового перехода из кубической в гексагональную фазу GST225: разупорядоченная кубическая решетка (а), кубическая решетка с упорядочением вакансий в плоскости (111) (б), гексагональная решетка (в), штриховые линии на (б) и (в) иллюстрируют смещение атомов между соседними блоками GST при переходе в гексагональную фазу, в ходе которого упорядочение ABCABC меняется на ABCBC, щель Ван-дер- Ваальса на (в) показана штрихпунктирной линией [9]

Полностью заполненный вакансиями слой коллапсирует, формируя вандерваальсову щель, отмеченную штрихпунктирной линией на рисунке 1.5в. При этом происходит незначительное вертикальное и горизонтальное смещение атомов в решетке, которое показано штриховыми линиями и стрелками на рисунке 1.5 б, в, и образуется гексагональная фаза GST. В результате этого смещения характерное для кубической упаковки упорядочение атомных слоев ABCABC (рисунок 1.5б) в гексагональной фазе GST225 изменяется на ABCBC (рисунок 1.5в). Расстояние

между соседними рядами теллура уменьшается по сравнению с упорядоченной кубической фазой и составляет 3,0 Á [42].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Зайцева Юлия Сергеевна, 2021 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Redaelli A., Phase Change Memory. - Springer, 2017. - 342 p.

2. Raoux S., Wuttig M. Phase change materials. - N.Y.: Springer Science & Business Media. - 2012. - 446 p.

3. Simpson R.E., Fons P., Kolobov A.V., Fukaya T., Krbal M., Yagi T., Tominaga J. Interfacial phase-change memory // Nature Nanotechnology. - 2011. - Vol. 6, № 8. - P. 501-505.

4. Tominaga J. The design and application on interfacial phase-change memory // Physica Status Solidi RRL. - 2019. - Vol. 13, № 4. - P. 1800539.

5. Lotnyk A., Dankwort T., Hilmi I., Kienleb L., Rauschenbach B. In situ observations of the reversible vacancy ordering process in van der Waals-bonded Ge-Sb-Te thin films and GeTe-Sb2Te3 superlattices // Nanoscale. - 2019. - Vol. 11, № 22. - P. 10838-10845.

6. Kumar P., Tripathi S.K., Sharma I. Effect of Bi addition on the physical and optical properties of Ge20Te74-xSb6Bix (x = 2, 4, 6, 8, 10) thin films deposited via thermal evaporation // Journal of Alloys and Compounds. - 2018. - Vol. 755. - P. 108-113.

7. Jeong T.H., Kim M.R., Seo H., Kim S.J., Kim S.Y. Crystallization behavior of sputter-deposited amorphous Ge2Sb2Te5 thin films // Journal of Applied Physics. - 1999. - Vol. 86, № 2. - P.774-778.

8. Rodenbach P., Calarco R., Perumal K., Katmis F., Hanke M., Proessdorf A., Braun W., Giussani A., Trampert A., Riechert H., Fons P., Kolobov A.V. Epitaxial phase-change materials // Physica Status Solidi RRL. - 2012. - Vol. 6, № 11. - P. 415-417.

9. Boschker J.E., Calarco R. Growth of crystalline phase change materials by physical deposition methods // Advances in Physics: X. - 2017. - Vol. 2, № 3. - P. 675694.

10. Schuck M., Ries S., Schreiber M., Mussler G., Grützmacher D., Hardtdegen H. Metal organic vapor phase epitaxy of hexagonal Ge-Sb-Te (GST) // Journal of Crystal Growth. - 2015. - Vol. 420. - P. 37-41.

11. Hilmi I, Thelander E., Schumacher P., Gerlach J.W., Rauschenbach B. Epitaxial Ge2Sb2Te5 films in Si( 111) prepared by pulsed laser deposition // Thin Solid Films. - 2016. - Vol. 619. - P. 81-85.

12. Sherchenkov A., Kozyukhin S., Borgardt N., Babich A., Lazarenko P., Sybina Y., Tolepov Zh., Prikhodko O. Multiple thermal cycling and phase transitions in Ge-Sb-Te materials // Journal of Non-Crystalline Solids. - 2018. - Vol. 501. - P. 101-105.

13. Зыбина Ю.С., Боргардт НИ., Лазаренко П.И., Парсегова ВС., Приходько АС., Шерченков А.А. Электронно-микроскопические исследования влияния отжига на тонкие пленки Ge-Sb-Te, полученные методом вакуумно-термического испарения // Поверхность. Рентгеновские, синхротронные и нейтронные исследования. - 2019. - № 10. - С. 82-87.

Перевод: Sybina Yu.S., Borgardt N.I., Lazarenko P.I., Parsegova V.S., Prikhodko A.S., Sherchenkov A.A. Electron microscopic study of the influence of annealing on Ge-Sb-Te thin films obtained by vacuum thermal evaporation // Journal of Surface Investigation: X-ray, Synchrotron and Neutron Techniques. - 2019. - Vol. 13, № 5. - P. 962-966.

14. Kozyukhin S., Lazarenko P., Vorobyov Y., Baranchikov A., Glukhenkaya V., Smayev M., Sherchenkov A., Sybina Y., Polohin A., Sigaev V. Laser-induced modification and formation of periodic surface structures (ripples) of amorphous GST225 phase change materials // Optics and Laser Technology. - 2019. - Vol. 113. - P. 87-94.

15. Zaytseva Y., Lazarenko P., Vorobyov Yu., Yakubov A., Borgardt N., Kozyukhin S., Sherchenkov A. Structure of the Ge2Sb2Te5 thin films near the inflection point of the resistivity temperature dependence // Chalcogenide letters. - 2020. - Vol. 17, № 2. - P. 41-47.

16. Kozykhin S., Smayev M., Sigaev V., Vorobyov Y., Zaytseva Y., Sherchenkov A., Lazarenko P. Specific features of formation of laser-induced periodic surface structures on Ge2Sb2Te5 amorphous thin films under illumination by femtosecond laser pulses // Physica Status Solidi B. - 2020. -Vol. 257, № 11. - P. 190067.

17. Зайцева Ю.С., Боргардт Н.И., Приходько А.С., Zallo E., Calarco R. Электронно-микроскопические исследования поверхностных образований в эпитаксиальном слое Ge3Sb2Te6, выращенном на кремниевой подложке // Кристаллография. - 2021. - Т. 66, № 4. - С. 650-657.

Перевод: Zaytseva Yu.S., Borgardt N.I., Prikhodko A.S., Zallo E., Calarco R. Electron microscopy study of surface islands in epitaxial layer grown on a silicon substrate // Crystallography Reports. - 2021. - Vol. 66, № 4. - P. 687-693.

18. Zallo E., Dragoni D., Zaytseva Y., Cecchi S., Borgardt N.I., Bernasconi M., Calarco R. Evolution of low-frequency vibrational modes in ultrathin GeSbTe films // Physica Status Solidi RRL. - 2021. - Vol. 15, № 3. - P. 2000434.

19. Зайцева Ю.С., Боргардт Н.И., Приходько А.С., Zallo E., Calarco R. Электронно-микроскопические исследования структуры тонких эпитаксиальных слоев Ge2Sb2Te5, выращенных на подложке Si(111) // Известия вузов. Электроника.

- 2021. - Т. 26, № 3-4. - С. 214-225.

20. Hosseini P., Wright C.D., Bhaskaran H. An optoelectronic framework enabled by low-dimensional phase-change films // Nature. - 2014. -Vol. 511. - P. 206-211.

21. Welzmiller S., Fahrnbauer F., Hennersdorf F., Dittmann S., Liebau M., Fraunhofer C., Zeier W.C., Snyder G.J., Oeckler O. Increasing Seeback coefficients and thermoelectric performance of Sn/Sb/Te and Ge/Sb/Te materials by Cd doping // Advanced Electronic Materials. - 2015. - Vol. 1, № 12. - P. 1500266.

22. Williams J.B., Mather S.P., Page A., Uher C., Morelli D.T. Increasing the thermoelectric power factor of Gei7Sb2Te20 by adjusting the Ge/Sb ratio // Journal of Applied Physics. - 2017. - Vol. 122. - P. 045105.

23. Momand J., Wang R., Boschker J.E., Verheijen M.A., Calarco R., Kooi B.J. Interface formation of two and three dimensionally bonded materials in the case of Ge Te-Sb2Te3 superlattices // Nanoscale. - 2015. - Vol. 7. - P. 19136-19143.

24. Krbal M., Kolobov A.V., Fons P., Tominaga J., Elliott S.R., Hegedus J., Giussani A., Perumal K., Calarco R., Matsunaga T., Yamada N., Nitta K., Uruga T. Crystalline GeTe-based phase-change alloys: Disorder in order // Physical Review B. -2012. - Vol. 86, №. 4. - P. 045212.

25. Ушаков П. А., Батуркина Е. Ю. Моделирование неупорядоченного полупроводника структуры GST225 // Интеллектуальные системы в производстве.

- 2013. - №. 2. - С. 34-40.

26. Burr G.W., Breitwisch M.J., Franceschini M., Garetto D., Gopalakrishnan K., Jackson B., Kurdi B., Lam C., Lastras L.A., Padilla A., Rajendran B., Raoux S., Shenoy R. S. Phase change memory technology // Journal of Vacuum Science and Technology B.

- 2010. - Vol. 28, № 2. - P. 223-262.

27. Simpson R.E., Krbal M., Fons P., Kolobov A.V., Tominaga J., Uruga T., Tanida H. Toward the ultimate limit of phase change in Ge2Sb2Te5 // Nano Letters. -2010. - Vol. 10, № 2. - P. 414-419.

28. Yamada N., Ohno E., Nishiuchi K., Akahira N., Takao M. Rapid phase transitions of GeTe-Sb2Te3 pseudobinary amorphous thin films for an optical disk memory // Journal of Applied Physics. - 1991. - Vol. 69. - P. 2849-2856.

29. Богословский Н.А., Цэндин К.Д. Физика эффектов переключения и памяти в халькогенидных стеклообразных полупроводниках // Физика и техника полупроводников. - 2012. - Т. 46, № 5. - С. 577-608.

30. Lacaita A.L. Phase change memories: State-of-the-art, challenges and perspectives // Solid-State Electronics. - 2006. - Vol. 50, № 1. - P. 24-31.

31. Pellizzer F., Pirovano A., Ottogalli F. et al. Novel ^Trench phase change memory cell for embedded and stand alone non volatile memory applications // Digest of Technical Papers. 2004 Symposium on VLSI Technology, 2004. - IEEE, 2004. - P. 18-19.

32. Nirschl T., Philipp J.B., Happ T.D., Burr G.W., Rajendran B., Lee M.-H., Schrott A., Yang M., Breitwisch M., Chen C.-F., Joseph E., Lamorey M., Cheek R., Chen S.-H., Zaidi S., Raoux S., Chen Y.C., Zhu Y., Bergmann R., Lung H.-L., Lam C. Write strategies for 2 and 4 -bit multi-level phase-change memory // 2007 IEEE International E;ectron Devices Meeting, Washington. - 2007. - P. 461-464.

33. Pirovano A., Pellizzer F., Tortorelli I. et al. Phase-change memory technology with self-aligned ц Trench cell architecture for 90 nm node and beyond // Solid State Electronics. - 2008. - Vol. 52, № 9. - P. 1467-1472.

34. Pirovano A., Pellizzer F., Tortorelli I. et al. Self-aligned pTrench phase-change memory cell architecture for 90 nm technology and beyond // ESSDERC 200737th European Solid State Device Research Conference, Munich - 2007. - P. 222-225.

35. Ostwald W.Z. Wilhelm Ostwald- Studien über die Bildung und Umwandlung fester Körper // Zeitschrift für Physikalische Chemie. - 1897. - Vol. 22. - P. 289-330.

36. Matsunaga T., Yamada N., Kubota Y. Structures of stable and metastable Ge2Sb2Te5, an intermetallic compound in GeTe-Sb2Te3 pseudobinary systems // Acta Crystallographica Section B. - 2004. - Vol. 60, № 6. - P. 685-691.

37. Wang R., Boschker J.E., Bruyer E., Sante D., Picozzi S., Perumal K., Giussani A., Riechert H., Calarco R. Toward truly single crystalline GeTe films: the

relevance of the substrate surface // Journal of Physical Chemistry C. - 2014. - Vol. 118, № 51. - P. 29724-29730.

38. Zheng Y., Cheng Y., Huang R., Qi R., Rao F., Ding K., Yin W., Song S., Liu W., Song Z., Feng S. Surface energy driven cubic-to-hexagonal grain growth of Ge2Sb2Te5 thin film // Scientific Reports. - 2017. - Vol. 7, № 1. - P. 1-8.

39. Zhang B., Zhang W., Shen Z., Chen Y., Li J., Zhang S., Zhang Z., Wuttig M., Mazzarello R., Ma E., Han X. Element-resolved atomic structure imaging of rocksalt Ge2Sb2Te5 phase-change material // Applied Physics Letters. - 2016. - Vol. 108. - P. 191902.

40. Zhang W., Thiess A., Zalden P., Zeller R., Dederichs P.H., Raty J-Y., Wuttig M., Blugel S., Mazzarello R. Role of vacancies in metal-insulator transitions of crystalline phase-change materials // Nature Materials. - 2012. - Vol. 11. - P. 952-956.

41. Mio A.M., Privitera S.M.S., Bragaglia V., Bongiorno C., Calarco R., Rimini E. Chemical and structural arrangement of the trigonal phase in GeSbTe thin films // Nanotechnology. - 2017. - Vol. 28, № 7. - P. 065706.

42. Bragaglia V., Arciprete F., Zhang W., Mio A.M., Zallo E., Perumal K., Giussani A., Cecchi S., Boschker J.E., Riechert H., Privitera S., Rimini E., Mazzarello R., Calarco R. Metal-insulator transition driven by vacancy ordering in GeSbTe phase change materials // Scientific Reports. - 2016. - Vol. 6. - P. 23843.

43. Petrov I.I., Imamov R.M., Pinsker Z.G. Electron diffraction determination of the structures of Ge2Sb2Te5 and GeSb4Te7 // Soviet Physics Crystallography - 1968. -Vol. 13, № 3. - P. 339-342.

44. Kooi B.J., De Hosson J.T.M. Electron diffraction and high-resolution transmission microscopy of the high temperature crystal structures of GexSb2Te3+x (x=1,2,3) phase change material // Journal of Applied Physics. - 2002. -Vol. 92, № 7. - P. 3584-3590.

45. Tominaga J., Kolobov A.V., Fons P., Nakano T., Murakami S. Ferroelectric order control of the Dirac-demimetal phase in GeTe-Sb2Te3 superlattices // Advanced Materials Interfaces. - 2014. - Vol. 1, № 1. - P. 1300027.

46. Ohyanagi T., Kitamura M., Araidai M., Kato S., Takaura N., Shiraishi K. GeTe sequences in superlattice phase change memories and their electrical characteristics // Applied Physics Letters. - 2014. - Vol. 104, № 25. - P. 252106.

47. Lotnyk A., Hilmi I., Ross U., Rauschenbach B. Van der Waals bonding and intermixing in GeTe-Sb2Te3-based superlattices // Nano Research. - 2018. - Vol. 11, № 3. - P. 1676-1686.

48. Choi B.J., Oh S.H., Choi S., Eom T., Shin Y.C., Kim K.M., Yi K.-W., Hwang C.S., Kim Y.J., Park H.C., Baek T.S., Hong S.K. Switching power reduction in phase change memory cell using CVD Ge2Sb2Te5 and ultrathin TiO2 films // Journal of the electrochemical society. - 2008. - Vol. 156, № 1. - P. H59-H63.

49. Katmis F., Calarco R., Perumal K., Rodenbach P., Giussani A., Hanke M., Proessdorf A., Trampert A., Grosse F., Shayduk R., Campion R., Braun W., Riechert H. Insight into the growth and control of single-crystal layers of Ge-Sb-Te phase-change material // Crystal Growth Design. - 2011. - Vol. 11. - P. 4606-4610.

50. Thelander E., Gerlach J.W., Ross U., Lotnyk A., Rauschenbach B. Low temperature epitaxy of Ge-Sb-Te films on BaF2 (111) by pulsed laser deposition // Applied Physics Letters. - 2014. - Vol. 105. - P. 221908.

51. Thelander E., Gerlach J.W., Ross U., Frost F., Rauschenbach B. Epitaxial growth of Ge-Sb-Te films on KCl by high deposition rate pulsed laser deposition // Journal of Applied Physics. - 2014. - Vol. 115, № 21. - P. 213504.

52. Бабич А.В. // Исследование влияния примесей Bi, In и Ti на свойства материалов фазовой памяти на основе системы Ge-Sb-Te. Дисс. к.т.н.: 05.27.06 / Бабич Алексей Вальтерович. - Москва, 2017.

53. Park T.-J., Choi S.-Y., Kang M.-J. Phase transition characteristics of Bi/Sn doped Ge2Sb2Te5 thin film for PRAM application // Thin Solid Films. - 2007. - Vol. 515, № 12. - P. 5049-5053.

54. Rao F., Song Z., Gong Y., Wu L., Feng S., Chen B. Programming voltage reduction in phase change memory cells with tungsten trioxide bottom heating layer/electrode // Nanotechnology. - 2008. - Vol. 19. - P. 445706.

55. Лазаренко П.И. // Технология получения и электрофизические свойства тонких пленок материалов системы Ge-Sb-Te, предназначенных для устройств фазовой памяти. Дисс. к.т. н.: 05.27.06 / Лазаренко Петр Иванович. - Москва, 2014.

56. Houska J., Pena-Mendez E.M., Kolar J., Prikryl J., Pavlista M., Frumar M., Wagner T., Havel J. Laser desorption time-of-flight mass spectrometry of atomic switch

memory Ge2Sb2Te5 bulk materials and its thin films // Rapid Communications in Mass Spectrometry. - 2014. - Vol. 28, № 7. - P. 699-704.

57. Braun W., Shayduk R., Flissikowski T., Ramsteiner M., Grahn H.T., Riechert H., Fons P., Kolobov A. Epitaxy of Ge-Sb- Te phase-change memory alloys // Applied Physics Letters. - 2009. - Vol. 94, № 4. - P. 041902.

58. Shayduk R., Katmis F., Braun W., Riechert H. Epitaxial growth and structure of Ge-Sb-Te phase change materials on GaSb // Journal of Vacuum Science and Technology B. - 2010. - Vol. 28. - P. C3E1-C3E5.

59. Koma A. Van der Waals epitaxy - a new epitaxial growth method for a highly lattice-mismatched system // Thin Solid Films. - 1992. - Vol. 216, № 1. - P. 72-76.

60. Sherchenkov A.A., Kozyukhin S.A., Gorshkova E. V. Transformations in phase change memory material during thermal cycling // Journal of Optoelectronics and Advanced Materials. - 2009. - Vol. 11, № 1. - P. 26-33.

61. Воробьев Ю.В. // Исследование механизмов изотермической кристаллизации в тонких аморфных пленках халькогенидного полупроводника Ge2Sb2Te5. Дисс. к.ф.-м.н.: 01.04.10 / Воробьев Юрий Владимирович. - Рязань, 2017.

62. Andrikopoulos K.S., Yannopoulos S.N., Voyiatzis G.A., Kolobov A.V., Ribes M., Tominaga J. Raman scattering study of the a-GeTe structure and possible mechanism for the amorphous to crystal transition // Journal of Physics: Condensed Matter. - 2006. - Vol. 18, № 3. - P. 965-979.

63. Bragaglia V., Jenichen B., Giussani A., Perumal K., Riechert H., Calarco R. Structural change upon annealing of amorphous GeSbTe grown on Si (111) // Journal of Applied Physics. - 2014. - Vol. 116, № 5. - P. 054913.

64. Perumal K., Braun W., Riechert H., Calarco R. Growth control of epitaxial GeTe-Sb2Te3 films using a line-of-sight quadrupole mass spectrometer // Journal of crystal growth. - 2014. - Vol. 396. - P. 50-53.

65. Kozyukhin S., Vorobyov Yu., Lazarenko P., Presniakov M. Isothermal and CW laser crystallization of amorphous Ge2Sb2Te5 thin films // Journal of Non-Crystalline Solids. - 2018. - Vol. 480. - P. 51-56.

66. Pennycook S.J., Nellist P.D. Scanning transmission electron microscopy imaging and analysis - N.Y.: Springer Science & Business Media, 2011. - 757 p.

67. Da Silva J.L., Walsh A., Lee H. Insights into the structure of the stable and metastable (GeTe)m(Sb2Te3)n compounds // Physical Review B. - 2008. - Vol. 78, № 22. - P. 224111.

68. Wang J.-J., Xu Y.-Z., Mazzarello R., Wuttig M., Zhang W. A review on disorder-driven metal-insulator transition in crystalline vacancy-rich GeSbTe phase-change materials // Materials. - 2017. - Vol. 10, № 8. - P. 862-879.

69. Zallo E., Cecchi S., Boschker J.E., Mio A.M., Arciprete F., Prmtera S., Calarco R. Modulation of van der Waals and classical epitaxy induced by strain at the Si step edges in GeSbTe alloys // Scientific reports. - 2017. - Vol. 7, №. 1. - P. 1-7.

70. Momand J., Boschker J.E., Wang R., Calarco R., Kooi B.J. Tailoring the epitaxy of Sb2Te3 and GeTe thin films using surface passivation // CrystEngComm. -2018. - Vol. 20. - P. 340-347.

71. Boschker J.E., Galves L.A., Flissikowski T., Lopes J.M.J., Riechert H., Calarco R. Coincident-site lattice matching during van der Waals epitaxy // Scientific reports. - 2015. - Vol. 5. - P. 18079.

72. Liu Y., Weinert M., Li L. Spiral growth without dislocations: molecular beam epitaxy of the topological insulator Bi2Se3 on epitaxial graphene/SiC (0001) // Physical Review Letters. - 2012. - Vol. 108, № 11. - P. 115501.

73. Zogg H., Blunier S., Fach A., Maissen C., Müller P., Teodoropol S., Meyer V., Kostorz G., Dommann A., Richmond T. Thermal-mismatch-strain relaxation in epitaxial CaF2, BaF2/CaF2 and PbSe/BaF2/CaF2 layers on Si (111) after many temperature cycles // Physical Review B. - 1994. - Vol. 50, № 15. - P. 10801-10810.

74. Nakagawa H., Tanaka S., Suemune I. Self-ordering of nanofacets on vicinal SiC surfaces // Physical Review Letters. - 2003. - Vol. 91, №. 22. - P. 226107.

75. Takagaki Y., Giussani A., Perumal K., Calarco R., Friedland K.J. Robust topological surface states in Sb2Te3 layers as seen from the weak antilocalization effect // Physical Review B. - 2012. - Vol. 86, № 12. - P. 125137.

76. Andrieu S. Sb adsorption on Si<111> analyzed by ellipsometry and reflection high energy electron diffraction: Consequences for Sb doping in Si molecular beam epitaxy // Journal of Applied Physics. - 1991. - Vol. 69, № 3. - P. 1366-1370.

77. Williams D.B., Carter C.B. Transmission Electron Microscopy. A textbook for materials science. - NY: Springer Science + Business Media, 2009. - 760 p.

78. Gianuzzi L.A., Stevie F.A. Introduction to focused ion beams: instrumentation, theory, techniques, and practice. - NY: Springer, 2004. - 359 p.

79. Gianuzzi L.A., Drown J.L., Brown S.R. et al. Applications of the FIB lift-out technique for TEM specimen preparation // Microscopy Research and Technique. - 1998. - Vol. 71, № 4. - P. 285-290.

80. Lotnyk A., Poppitz D., Ross U., Gerlach J.W., Frost F., Bernutz S., Thelander E., Rauschenbach B. Focused high-and low-energy ion milling for TEM specimen preparation // Microelectronics reliability. - 2015. - Vol. 55, №. 9-10. - P. 2119-2125.

81. Brydson R. Aberration-corrected analytical transmission electron microscopy. - UK: John Wiley & Sons, 2011. - 296 p.

82. Park Y.J., Lee J.Y., Kim Y.T. In situ transmission electron microscopy study of the nucleation and grain growth of Ge2Sb2Te5 thin films // Applied surface science. -2006. - Vol. 252, №. 23. - P. 8102-8106.

83. Томас Г., Гориндж М.Д. Просвечивающая электронная микроскопия материалов / Пер. с англ. Под ред. Б.К. Вайнштейна. - М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1983. - 318 с.

84. Хирш П., Хови А., Николсон Р., Пэшли Д., Уэлан М. и др. Электронная микроскопия тонких кристаллов / Пер. с англ. под ред. Л .М. Утевского. - М.: Мир, 1968. - 574 с.

85. Nellist P.D. The principles of STEM imaging // Scanning Transmission Electron Microscopy: Imaging and Analysis / Ed. By S.J. Pennycook, P.D. Nellist. -N.Y.: Springer Science + Business Media. - 2011. - P. 91-116.

86. Erni R., Rossel M.D., Kisielowski C. et.al. Atomic-resolution imaging with a sub-50-pm electron probe // Physical Review Letters. - 2009. - Vol. 102. - P. 096101-1096101-4.

87. Tanaka N., Saitoh K. Basics of STEM // Scanning transmission electron microscopy of nanomaterials - basics of imaging and analysis / Ed. by N. Tanaka. -London: Imperial College Press, 2015. - P. 41-108.

88. Kirkland E.J. Image simulation in transmission electron microscopy. - NY: Springer Science + Business Media, 2010. - 289p.

89. Каули Дж. Физика дифракции. - М.: Мир, 1979. - 431 с.

90. Спенс Д. Экспериментальная электронная микроскопия высокого разрешения. М.: Наука, 1986. - 319 с.

91. Zemlin F., Weiss K., Schiske P., Kunath W., Herrman K.-H. Coma free alignment of high resolution electron microscopes with the aid of optical diffractograms // Ultramicroscopy. - 1978. - Vol. 3. - P. 49-60.

92. Hytch M.J. Geometric phase analysis of high-resolution electron microscopy images of antiphase domains: example Cu3Au // Philosophical Magazine A. - 1997. -Vol. 76, №. 3. - P. 1119-1138.

93. Hytch M.J., Snoeck E., Kilaas R. Quantitative measurement of displacement and strain fields from HRTEM micrographs // Ultramicroscopy. - 1998. - Vol.74, №. 3. - P.131-146.

94. Hytch M.J. Analysis of variations in structure from high resolution electron microscope images by combining real space and Fourier space information // Microscopy. Microanalysis. Microstructures. - 1997. - Vol. 8. - P. 41-57.

95. Hytch M.J.. Putaux J.-L., Pennison J.-M. Measurement of the displacement field of dislocations to 0.03 A by electron microscopy // Nature. - 2003. - Vol.432. - P. 270-273.

96. Goldstein J., Newbury D.E., Joy D.C. et al. Scanning Electron Microscopy and X-ray Microanalysis. - N.Y.: Springer Science + Business Media, 2003. - 689 p.

97. Lechner P., Fiorini C., Hartmann R. et.al. Silicon drift detectors for high count rate X-ray spectroscopy at room temperature // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A. - 2001. - Vol. 458. - P. 281-287.

98. ChemiSTEM Technology: A revolution in EDX analytics - [Электронный ресурс ]. - Режим доступа: https ://www. fei.com/ documents/chemistem-technology/#gsc.tab= 0, свободный. - Загл. с экрана.

99. ChemiSTEM Technology: A revolution in EDX analytics - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://photos.labwrench.com/equipmentManuals/11006-4390.pdf, свободный. - Загл. с экрана.

100. Cliff G., Lorimer G.W. The quantitative analysis of thin specimens // Journal of Microscopy. - 1975. - Vol. 103. - P. 203-207.

101. STEM_CELL - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://tem-s3.nano.cnr.it/?page id=2, свободный. - Загл. с экрана.

102. Grillo V., Rotunno E. STEM_CELL: A software tool for electron microscopy: Part I—simulations // Ultramicroscopy. - 2013. - Vol.125. - P.97-111.

103. Boschker J.E., Momand J., Bragaglia V., Wang R., Perumal K., Giussani A., Calarco R. Surface reconstruction-induced coincidence lattice formation between two-dimensionally bonded materials and a three-dimensionally bonded substrate // Nano letters. - 2014. - Vol. 14, №. 6. - P. 3534-3538.

104. Grundmann M., Bontgen T., Lorenz M. Occurrence of rotation domains in heteroepitaxy // Physical Review Letters. - 2010. - Vol. 105, № 14. - P. 146102.

105. Hilmi I., Lotnyk A., Gerlach J. W., Schumacher P., Rauschenbach B. Epitaxial formation of cubic and trigonal Ge-Sb-Te thin films with heterogeneous vacancy structures // Materials & Design. - 2017. - Vol. 115. - P. 138-146.

106. Ross U., Lotnyk A., Thelander E., Rauschenbach B. Microstructure evolution in pulsed laser deposited epitaxial Ge-Sb-Te chalcogenide thin films // Journal of Alloys and Compounds. - 2016. - Vol. 676. - P. 582-590.

107. Momand J., Wang R., Boschker J.E., Verheijen M.A., Calarco R., Kooi B.J. Dynamic reconfiguration of van der Waals gaps within GeTe-Sb2Te3 based superlattices // Nanoscale. - 2017. - Vol. 9, №. 25. - P. 8774-8780.

108. Kim K.H. DigitalMicrograph script source listing for a geometric phase analysis // Applied Microscopy. - 2015. - Vol. 45, № 2. - P. 101-105.

109. Rosenthal T., Welzmiller S., Neudert L. et al. Novel superstructure of the rocksalt type and element distribution in germanium tin antimony tellurides // Journal of Solid State Chemistry. - 2014. - Vol. 219. - P. 108-117.

110. Burton W.K., Cabrera N., Frank F.C. The growth of crystals and the equilibrium structure of their surfaces // Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A, Mathematical and Physical Sciences. - 1951. - Vol. 243, № 866. -P. 299-358.

111. Akasaka T., Kobayashi Y., Kasu M. Supersaturation in nucleus and spiral growth of GaN in metal organic vapor phase epitaxy // Applied Physics Letters. - 2010. -Vol. 97, №. 14. - P. 141902.

112. Kooi B.J., Groot W.M.G., De Hosson J.Th.M. In situ transmission electron microsopy study of the crystallization of Ge2Sb2Te5 // Journal of Applied Physics. -2004. - Vol. 95, № 3. - P. 924-932.

113. Wei M., Song Z., Deng Y., Liu Y., Chen, Q Large-angle mid-infrared absorption switch enabled by polarization-independent GST metasurfaces // Materials Letters. - 2019. - Vol. 236. - P. 350-353.

114. Ding X., Kang Q., Guo K., Guo Z. Tunable GST metasurfaces for chromatic aberration compensation in the mid-infrared // Optical Materials. - 2020. - Vol. 109. - P. 110284.

115. Rosenblatt G. M., Birchenall C. E. Vapor Pressure of Antimony by the Torsion-Effusion Method // The Journal of Chemical Physics. - 1961. - Vol. 35, №. 3. -P. 788-794.

116. Ubelis A. P. Temperature dependence of the saturated vapor pressure of tellurium // Journal of engineering physics. - 1982. - Vol. 42, №. 3. - P. 309-315.

117. Hirayama C. The vapor pressure of germanium telluride // The Journal of Physical Chemistry. - 1962. - Vol. 66, № 8. - P. 1563.

118. Piacente V., Scardala P., Ferro D. Study of the vaporization behaviour of Sb2S3 and Sb2Te3 from their vapour pressure measurements // Journal of Alloys and Compounds. - 1992. - Vol. 178, № 1/2.

119. Krusin-Elbaum L., Cabral C., Chen K.N., Copel M., Abraham D.W., Reuter K.B., Rossnagel S.M., Bruley J., Deline V.R. Evidence for segregation of Te in Ge2Sb2Te5 films: Effect on the "p hase-change" stress // Applied P hysics Letters. - 2007. - Vol. 90, № 14. - P. 141902.

120. C. Rios, M. Stegmaier, P. Hossemi, D. Wang, T. Scherer, C D. Wright, H. Bhaskaran, W. H. P. Pernice Integrated all-photonic non-volatile multi-level memory // Nature photonics. - 2015. - Vol. 9, № 11. - P. 725-732.

121. Nakaoka T., Satoh H., Honjo S., Takeuchi H. First-sharp diffraction peaks in amorphous GeTe and Ge2Sb2Te5 films prepared by vacuum-thermal deposition // AIP Advances. - 2012. - Vol. 2. - P. 042189.

122. Privitera S., Rimini E., Bongiorno C., Zonca R., Pirovano A., Bez R. Crystallization and phase separation in Ge2+xSb2Te5 thin films // Journal of Applied Physics. - 2003. - Vol. 94, № 7. - P. 4409-4413.

123. Kalb J., Spaepen F., Wuttig M. Atomic force microscopy measurements of crystal nucleation and growth rates in thin films of amorphous Te alloys // Applied Physics Letters. - 2004. - Vol. 84, № 25. - P. 5240-5242.

124. Fityk - [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://fityk. nieto.pl/, свободный. - Загл. с экрана.

125. Ohsima N. Crystallization of germanium-antimony-tellurium amorphous thin film sandwiched between various dielectric protective films // Journal of Applied Physics. - 1996. - Vol. 79, № 11. - P. 8357-8363.

126. Karpinsky O.G., Shelimova L.E., Kretova M.A., Fleurial, J.P. An X-ray study of the mixed-layered compounds of (GeTe)n(Sb2Te3)m homologous series // Journal of Alloys and Compounds. - 1998. - Vol. 268. - P. 112-117.

127. Kosyakov V.I., Shestakov V.A., Shelimova L.E., Kuznetsov F.A.,. Zemskov V.S. Topological characterization of the Ge-Sb-Te phase diagram // Inorganic materials. - 2000. - Vol. 36, № 10. - P. 1004-1017.

128. Гонсалес Р., Вудс Р. Цифровая обработка изображений. М.: Техносфера, 2005. - 1072 с.

129. Zhang R.L., Tang S.Z. Preparation of ultrafine cubic Sb2O3 crystals under ultrasonic // Ultrasonics sonochemistry. - 2015. - Vol. 22. - P. 155-159.

130. Tigau N., Ciupina V., Prodan G. et al. Influence of thermal annealing in air on the structural and optical properties of amorphous antimony trisulfide thin films // Journal of Optoelectronics and Advanced materials. - 2004. - Vol. 6, № 1. - P. 211-217.

131. Cebriano T., Méndez B., Piqueras J. Raman study of phase transitions induced by thermal annealing and laser irradiation in antimony oxide micro-and nanostructures // CrystEngComm. - 2016. - Vol. 18, № 14. - P. 2541-2545.

132. Wang X., He M., Xi J., Lu X. Antimony distribution and mobility in rivers around the world's largest antimony mine of Xikuangshan, Hunan Province, China // Microchemical Journal. - 2011. - Vol. 97, № 1. - P. 4-11.