Tính chất quang của hợp chất Ge₂Sb₂Te₅

Hợp chất chất bán dẫn vô định hình họ chalcogen (tên gọi tiếng anh “Chalcogenide Glassy

Semiconductors”, viết tắt “CGS”) có trạng thái vô định hình như thủy tinh ở nhiệt độ phòng, mặc dù trạng

thái tinh thể của chúng thuộc dạng ổn định nhiệt. Các trạng thái vô định hình và tinh thể của cùng một vật

liệu có sự khác biệt đáng kể về các tính chất vật lý của chúng, đặc biệt là các tính chất điện và quang.

Chúng có thể chuyển liên tục giữa hai trạng thái: chuyển đổi từ trạng thái vô định hình sang trạng thái tinh

thể và ngược lại dưới sự tác động nhiệt hay tác động xung điện. Dựa trên sự khác biệt này, hợp chất CGS

đã được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị lưu trữ thông tin. Sự thành công của việc ứng dụng hợp chất

này là dùng làm lớp lưu trữ dữ liệu trong đĩa quang học ghi lại nhiều lần (CD-RW, DVD-RW, Blu-Ray)

[1]. Cộng đồng nghiên cứu và phát triển ứng dụng vật liệu chuyển pha đã nhận được một lợi thế lớn khi

Yamada và các tác giả khác [2] phát hiện vật liệu Ge2Sb2Te5 (viết tắt GST225) có tính chất nhanh chóng

chuyển đổi pha vào năm 1987. Phát hiện này mang tính đột phá, sử dụng hợp chất cấu tạo từ cặp GeTe và

Sb2Te3 cho phép đổi mới toàn bộ mới công nghệ lưu trữ và thành công đến ngày hôm nay.

Trong bài báo [1], các nhà nghiên cứu thấy rằng đối với hợp chất trong quá trình ghi thông tin thì

GST225 được kết tinh dưới dạng mạng tinh thể hình lập phương gần giống với cấu trúc mạng tinh thể

NaCl siêu bền. Ở trạng thái fcc, mạng tinh thể con thứ nhất (sublattice) tạo bởi nguyên tử Te; các mạng

tinh thể con thứ hai bao gồm Ge, Sb, và 20% khoảng trống. Trong bài báo [3], phần lớn khoảng trống

trong mạng tinh thể được giải thích bởi sự vắng mặt của một số lượng lớn electron hóa trị trong quá trình

hình thành liên kết nguyên tử Ge và Sb với Te. Kết luận này được khẳng định bằng kết quả của [4, 5].

Phân tích GST225 ở trạng thái fcc sử dụng phương pháp EXAFS cho thấy Ge-Te và Sb-Te có thể được

phân loại thành những liên kết ngắn và dài. Độ dài liên kết của Ge-Te và Sb-Te ở 2,83, 3,2 Å và 2,91, 3,2

Å. Trong một phân tử GST225 ngoài liên kết cộng hóa trị chiếm phần lớn, còn có một số lượng nhỏ liên

kết cộng hưởng (liên kết cho nhận).

Tính chất quang của hợp chất Ge₂Sb₂Te₅ trang 1

Trang 1

Tính chất quang của hợp chất Ge₂Sb₂Te₅ trang 2

Trang 2

Tính chất quang của hợp chất Ge₂Sb₂Te₅ trang 3

Trang 3

Tính chất quang của hợp chất Ge₂Sb₂Te₅ trang 4

Trang 4

Tính chất quang của hợp chất Ge₂Sb₂Te₅ trang 5

Trang 5

Tính chất quang của hợp chất Ge₂Sb₂Te₅ trang 6

Trang 6

Tính chất quang của hợp chất Ge₂Sb₂Te₅ trang 7

Trang 7

Tính chất quang của hợp chất Ge₂Sb₂Te₅ trang 8

Trang 8

Tính chất quang của hợp chất Ge₂Sb₂Te₅ trang 9

Trang 9

pdf 9 trang baonam 8540
Bạn đang xem tài liệu "Tính chất quang của hợp chất Ge₂Sb₂Te₅", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên

Tóm tắt nội dung tài liệu: Tính chất quang của hợp chất Ge₂Sb₂Te₅

Tính chất quang của hợp chất Ge₂Sb₂Te₅
 Tạp chí Khoa học và Công nghệ, Số 43B, 2020 
 TÍNH CHẤT QUANG CỦA HỢP CHẤT Ge2Sb2Te5 
 NGUYỄN HUY PHÚC 
 Trường Đại học Công nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh 
 nguyenhuyphuc@iuh.edu.vn 
Tóm tắt. Hợp chất Ge2Sb2Te5 (viết tắt là GST225) có hai trạng thái chính là vô định hình và kết tinh. Ở 
trạng thái kết tinh, có hai dạng cấu trúc mạng tinh thể: Dạng khối lập phương tâm diện fcc (kết tinh tại 
nhiệt độ 1500C). Các hệ số quang học (n, k, α) của GST225 phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng. Có sự 
khác biệt rất lớn của các hệ số quang học này giữa hai trạng thái vô định hình và kết tinh. Sự khác biệt 
này được gọi là độ tương phản quang. Thông số rất quan trọng đối với chất bán dẫn họ GST225 là độ 
rộng vùng cấm (Eg). Đối với GST225 độ rộng vùng cấm Eg trong khoảng từ 0,61 eV đến 0,64 eV ở trạng 
thái vô định hình và 0,4 eV ở trạng thái kết tinh. 
Từ khóa. Chất bán dẫn họ Chalcogenide, bộ nhớ chuyển pha, vật liệu thông minh, GST, GST225. 
 OPTICAL PROPERTIES OF Ge2Sb2Te5 COMPOUND 
Abstract. Ge2Sb2Te5 (GST225) compound has two main phases: amorphous and crystalline. In 
crystalline state, there are two types of lattice structure: fcc face-center-cube (crystallized at temperature 
of 1500C). The optical constants (n, k, α) of GST225 depend on the wavelength. There are differences of 
these optical constants between amorphous and crystalline states. This difference is called optical 
contrast. The very important parameter for the GST225 is the band gap (Eg). For GST225 band gap Eg is 
from 0.61 eV to 0.64 eV in amorphous state and 0.4 eV in crystalline state. 
Keywords. Chalcogenide materials, Phase change memory, Optical band gap, GST, GST225, 
Ellipsometry. 
1 GIỚI THIỆU 
Hợp chất chất bán dẫn vô định hình họ chalcogen (tên gọi tiếng anh “Chalcogenide Glassy 
Semiconductors”, viết tắt “CGS”) có trạng thái vô định hình như thủy tinh ở nhiệt độ phòng, mặc dù trạng 
thái tinh thể của chúng thuộc dạng ổn định nhiệt. Các trạng thái vô định hình và tinh thể của cùng một vật 
liệu có sự khác biệt đáng kể về các tính chất vật lý của chúng, đặc biệt là các tính chất điện và quang. 
Chúng có thể chuyển liên tục giữa hai trạng thái: chuyển đổi từ trạng thái vô định hình sang trạng thái tinh 
thể và ngược lại dưới sự tác động nhiệt hay tác động xung điện. Dựa trên sự khác biệt này, hợp chất CGS 
đã được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị lưu trữ thông tin. Sự thành công của việc ứng dụng hợp chất 
này là dùng làm lớp lưu trữ dữ liệu trong đĩa quang học ghi lại nhiều lần (CD-RW, DVD-RW, Blu-Ray) 
[1]. Cộng đồng nghiên cứu và phát triển ứng dụng vật liệu chuyển pha đã nhận được một lợi thế lớn khi 
Yamada và các tác giả khác [2] phát hiện vật liệu Ge2Sb2Te5 (viết tắt GST225) có tính chất nhanh chóng 
chuyển đổi pha vào năm 1987. Phát hiện này mang tính đột phá, sử dụng hợp chất cấu tạo từ cặp GeTe và 
Sb2Te3 cho phép đổi mới toàn bộ mới công nghệ lưu trữ và thành công đến ngày hôm nay. 
 Trong bài báo [1], các nhà nghiên cứu thấy rằng đối với hợp chất trong quá trình ghi thông tin thì 
GST225 được kết tinh dưới dạng mạng tinh thể hình lập phương gần giống với cấu trúc mạng tinh thể 
NaCl siêu bền. Ở trạng thái fcc, mạng tinh thể con thứ nhất (sublattice) tạo bởi nguyên tử Te; các mạng 
tinh thể con thứ hai bao gồm Ge, Sb, và 20% khoảng trống. Trong bài báo [3], phần lớn khoảng trống 
trong mạng tinh thể được giải thích bởi sự vắng mặt của một số lượng lớn electron hóa trị trong quá trình 
hình thành liên kết nguyên tử Ge và Sb với Te. Kết luận này được khẳng định bằng kết quả của [4, 5]. 
Phân tích GST225 ở trạng thái fcc sử dụng phương pháp EXAFS cho thấy Ge-Te và Sb-Te có thể được 
phân loại thành những liên kết ngắn và dài. Độ dài liên kết của Ge-Te và Sb-Te ở 2,83, 3,2 Å và 2,91, 3,2 
Å. Trong một phân tử GST225 ngoài liên kết cộng hóa trị chiếm phần lớn, còn có một số lượng nhỏ liên 
kết cộng hưởng (liên kết cho nhận). 
 © 2020 Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh 
4 TÍNH CHẤT QUANG CỦA HỢP CHẤT Ge2Sb2Te5 
 Phương pháp nhiễu xạ tia X (XRD) cho thấy, có một sự lệch đáng kể về vị trí của nguyên tử Ge và 
Sb từ các nút mạng tương ứng của mạng tinh thể dạng fcc. Do sự khác biệt giữa bán kính của các nguyên 
tử Te, Ge, Sb, dẫn đến cấu trúc mạng tinh thể GST225 không hoàn toàn giống với cấu trúc mạng tinh thể 
của muối ăn (NaCl). Các nguyên tử Te được bố trí vào vị trí 4a (những góc đỉnh của ion dương trong 
mạng tinh thể); hoặc vị trí 4b (những góc đỉnh của ion âm trong mạng tinh thể) [6]. Trong [7], các nhà 
nghiên cứu đã chỉ ra rằng trạng thái fcc có thể được hình thành từ các khối nguyên tử liên kết (block). 
Trong mỗi khối, các nguyên tử bị ràng buộc bởi liên kết ngắn và mạnh; trong khi đó, các khối được liên 
kết bởi các liên kết dài và yếu. Các khối được sắp xếp có trật tự để các nguyên tử Te có thể tạo thành một 
mạng tinh thể dạng fcc. Tuy nhiên, cấu trúc mạng tinh thể cho phép mỗi khối xoay 900 theo trục của nó. 
Tiếp đến, các nguyên tử Ge, Sb và các chỗ  ...  C E2 BE C
 © 2020 Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh 
6 TÍNH CHẤT QUANG CỦA HỢP CHẤT Ge2Sb2Te5 
 Trong đó, E – năng lương photon; Eg – độ rộng vùng cấm quang; A, B, C, B0, C0 – hằng số mô 
phỏng; n( ) - hệ số khúc xạ khi năng lượng photon rất lớn. 
 Bảng 1. Kết quả mô phỏng phổ n và k theo phổ ellipsometry. 
Mẫu đo d1, nm d2, nm n( ) Eg, eV A B C q (sai số) 
a-GST225 
 71,32 2,50 2,72 0,64 0,59 3 2,77 0,01 
(vô định hình) 
c-GST225 
 83,25 15,03 0,58 0,40 3,29 3 3,46 0,01 
(kết tinh) 
 Căn cứ vào kết quả trình bày trong bảng 1, nhận thấy rằng, khi chuyển từ trạng thái vô định hình 
sang trạng thái kết tinh, độ rộng vùng cấm quang Eg của GST225 giảm từ 0,64 eV xuống 0,4 eV. Điều 
này bắt nguồn từ sự bố trí lại trong cấu trúc phân tử của GST225 trong quá trình chuyển từ pha vô định 
hình qua trạng thái tinh thể fcc [15]. Giá trị Eg tính được tương ứng với giá trị Eg (0,63 eV và 0,4 eV) 
trong công bố [16]. Tuy nhiên, công bố [16] đo giá trị Eg từ phổ hằng số điện môi. Sự tương trùng về số 
liệu trong các cách đo khác nhau và sai số tính nhỏ (0,01) đã thể hiện sự đúng đắn khi sử dụng mô hình 
hai lớp của màng mỏng. 
 Bên cạnh đó, một điểm đáng chú ý là sự thay đổi đáng kể về tính chất bề mặt của màng mỏng trước 
và sau khi nung: bề dày d2 tăng từ 2,5 nm (trạng thái vô định hình) lên 15,03 nm (trạng thái kết tinh). 
Theo tài liệu [17], các tác giả đã quan sát được sự thay đổi bề mặt rõ rệt trước và sau khi nung thông qua 
khảo sát đo độ gồ ghề của bề mặt màng trong trạng thái vô định hình và trạng thái tinh thể. Trong khi bề 
mặt của màng trong trạng thái vô định hình khá phẳng (độ gồ ghề dưới 2 nm), màng sau khi nung có độ 
gồ ghề vào khoảng 15 nm (xem hình 3). 
 (a) (b) 
 Hình 3. Hình chụp AFM bề mặt của màng mỏng GST225 trên đế Si trước khi gia nhiệt (a) và sau khi gia nhiệt (b) 
 [17] 
 Áp dụng giá trị Eg thu được vào công thức (1) và (2), cho phép tính sự thay đổi của n và k theo bước 
sóng λ . Hàm thu được n(λ) và k(λ) được vẽ trên hình 4 bằng đường màu đỏ và màu xanh một cách tương 
ứng. Theo hình 4 cho thấy, hệ số khúc xạ n trong vùng bước sóng 350 nm đến 1000 nm, có giá trị thay 
đổi trong khoảng từ 2,6 đến 4,3 là dạng đặc trưng của màng mỏng của GST225 ở trạng thái vô định hình 
[2, 9, 13, 16]. Sau khi chuyển sang trạng thái kết tinh, hệ số khúc xạ n và hệ số tắt dần k đều tăng trong 
vùng bước sóng tương ứng từ 410 nm đến 1000 nm và 350 nm đến 870 nm. Hơn thế nữa, cực đại của hệ 
số nc và kc dịch chuyển về phía mức năng lượng photon cao (hay về phía bước sóng ngắn) so với hệ số na 
và ka. 
© 2020 Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh 
 TÍNH CHẤT QUANG CỦA HỢP CHẤT Ge2Sb2Te5 7 
 8 
 n 100
 k c
 c 5
 7 90
 1
 4 80
 6 Blu-Ray Recording
 70
 5 n 3 (k)
 a 60
 (n) 
 k 50
 4 a 2 T (%)
 40 2
 3
 1 30
 DVD Recording
 2 20
 0
 300 400 500 600 700 800 900 1000 10
 , nm 500 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250
 Hình 4: Đồ thị thể hiện sự phụ thuộc n, k (tính theo Wavelength, nm
 công thức 1 và 2) vào bước sóng của màng mỏng hợp Hình 5. Quang phổ truyền qua T đo được (các điểm tròn) 
 chất GST225 ở trạng thái vô định hình (а) và trạng và tính toán theo mô phỏng (đường nối liền) của màng 
 thái kết tinh (с) (trên đế Si) mỏng GST225 vô định hình (1) và kết tinh (2) (trên đế 
 thủy tinh) 
 Độ tương phản quang được xác định bởi sự chênh lệch hệ số khúc xạ (dạng số phức) giữa 2 trạng 
thái. Hệ số khúc xạ dạng số phức được biểu diễn: ñ = n + ik (3) 
 Độ tương phản quang: Δn = ñ(kết tinh) – ñ(vô định hình)= Δn + iΔk (4) 
 Độ tương phản quang tính được trong thí nghiệm này dành cho hai bước sóng λ = 400 nm là 
0,18+i3,34, và λ = 650 nm là 2,86+i2,13. Sự quan tâm đặc biệt được thể hiện cho hai giá trị bước sóng 
này, vì trong kỹ thuật ghi và xóa đĩa quang, hai bước sóng này tương ứng với bước sóng của laser sử dụng 
trong đầu đọc-ghi Blu-Ray và DVD. 
c Hệ số hấp thụ và năng lượng Urbach 
Đối với màng phủ trên đế thủy tinh, phương pháp ellipsometry không thể áp dụng được. Do đó, các màng 
này được khảo sát bằng phương pháp đo phổ truyền qua. Thông qua phép đo này, hệ số hấp thụ α và bề 
dày của màng mỏng d được tính toán dựa trên quang phổ truyền qua T(λ), sử dụng thuật toán của chương 
trình PUMA [18]. Trong quá trình tính, phổ truyền qua được mô phỏng theo công thức: 
 d
 Ae1 4 k
 T( ) d 2 d ; (3) 
 B1 Ce 1 De 1 
 Trong đó, A1, B1, C1, D1 – hằng số mô phỏng; hệ số tắt dần k, hệ số hấp thụ α và d – tồng bề dày 
màng mỏng (không tính đế). 
 Kết quả tính toán mô phỏng theo công thức (3) sử dụng thuật toán của chương trình PUMA và kết 
quả đo được thể hiện ở hình 5, với sai số σ2= 7.65.10-4. 
 Hình 6 thể hiện sự phụ thuộc của hệ số hấp thụ vào bước sóng của màng mỏng vô định hình và kết 
tinh GST225. Phổ hệ số hấp thụ là đường cong, với hai vùng đặc trưng của vật liệu họ GST. Tại vùng với 
năng lượng photon lớn hơn 1,2 eV (vùng I trên hình 6), đường cong tương ứng với phụ thuộc bậc 2, dạng 
parabol theo mô hình của Tauc [19]. 
 2
  BE( g ) ,  E g 
 Tại vùng với năng lượng photon nhỏ hơn 1,2 eV, quan sát được Urbach tail (năng lượng Urbach – 
E0) [19], đường cong tương ứng với sự phụ thuộc theo hàm số e (vùng II trên hình 6). Những vùng với 
đường cong đặc trưng này, biên hấp thụ (Absorption edge), cũng được đề cập đến trong tài liệu [16]. 
Đường cong đặc trưng này chỉ quan sát được đối với màng mỏng GST225 vô định hình. Trong trường 
hợp màng mỏng GST225 kết tinh, Urbach tail không tồn tại, do đó không quan sát được đường cong 
trong vùng II, trên đồ thị 2, hình 6. 
  E
 exp(g ),  <E
 0E g
 0 
 © 2020 Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh 
8 TÍNH CHẤT QUANG CỦA HỢP CHẤT Ge2Sb2Te5 
 4.0x104
 3.5x104
 I
 3.0x104
 2
 2.5x104
 )
 -1
 4
 сm 2.0x10
 (
 
 1.5x104
 1.0x104 1
 3
 5.0x10 II
 0.0
 0.4 0.8 1.2 1.6 2.0 2.4 2.8 3.2
 Energy, eV 
 Hình 6. Phổ hệ số hấp thụ theo bước sóng của màng mỏng GST225 vô định hình (1) và kết tinh (2) 
 Để xác định giá trị độ rộng vùng cấm quang, các phép tính đã được triển khai, lấy đường cong 1, trên 
 1/ 2
hình 6 làm mẫu. Từ đồ thị hình 6, đường cong 1 được dựng lại dưới dạng phụ thuộc (  ) f () 
(hình 7, đường 2). Căn cứ vào đường cong 2, chọn vùng phụ thuộc tuyến tính. Dọc theo các điểm đã 
chọn, dựng đường thằng đi qua và cắt trục năng lượng. Giá trị của điểm cắt trên trục năng lượng chính là 
giá trị của độ rộng vùng cấm quang Eg (hình 7, đường 1). Tính toán cho thấy, giá trị Eg trong trường hợp 
này là 0,61 eV. 
 400
 
 eV
 160 300  2
 
 cm
 
 
 
 200
 )
 1
 h
 ( 
 
 120 100
 eV
 
 
 0
 cm 0.6 0.9 1.2 1.5 1.8 2.1 2.4 2.7 3.0
 
  
  80 Energy, eV
 )
 h
 ( 
 0.61
 40
 0
 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5
 Energy, eV 
 Hình 7. Đồ thị chuyển đổi để tính giá trị Eg của màng mỏng vô định hình GST225 
 Để xác định giá trị năng lượng Urbach E0 (năng lượng gắn liền với sự sắp xếp không trật tự trong 
cấu trúc phân tử). Từ vùng II của đồ thị hình 6, tách đường cong tương ứng, sau đó tiến hành tính gần 
đúng theo hàm e (hình 8). Giá trị năng lượng Urbach tính được là E0=0,13 eV. 
© 2020 Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh 
 TÍNH CHẤT QUANG CỦA HỢP CHẤT Ge2Sb2Te5 9 
 1000 Equation y = y0 + A1*exp((x-x0)/t1)
 Adj. R-Squ 0.99981
 900 Value Standard Er
 B y0 -1064.296 101.15552
 B x0 0.61023 3459.22929
 800
 B A1 1907.488 2.77581E7
 B t1 0.13271 0.01441
 700
 )
 -1
 cm 600
 (
 
 500
 Experiment
 Calculation
 400
 300
 200
 0.54 0.56 0.58 0.60 0.62 0.64 0.66
 Energy, eV
 Hình 8. Đồ thị chuyển đổi để tính giá trị E0 của màng mỏng vô định hình GST225 
 Tính toán được sử dụng tương tự cho màng mỏng GST225 ở trạng thái kết tinh. Kết quả tính được 
tổng hợp và thể hiện trong bảng 2. 
 Bảng 2. Giá trị các mức năng lượng của GST225 ở trạng thái vô định hình và kết tinh 
 Trạng thái vô định hình Trạng thái kết tinh 
 Eg, eV E0, eV Eg, eV 
 Tính toán Tham chiếu Tính toán Tham chiếu Tính toán Tham chiếu 
 0.7 [20] 0.5 [20] 
 0.63 [16], 0.8 0.072 [16], 0.40 [16], 
 0.610±0.001 0.130±0.001 0.400±0.001 
 [21], 0.74 0.05 [11] 0.41 [21], 
 [22] 0.5 [22] 
 Theo bảng 2, kết quả tính của tác giả trùng với kết quả nhiều bài viết nghiên cứu khác. Tuy nhiên, có 
một số giá trị chênh lệch nhau, đặc biệt giá trị mức năng lượng Urbach của GST225 ở trạng thái vô định 
hình. Điều này có thể được giải thích do kỹ thuật tạo màng mỏng của các bài nghiên cứu khác nhau, dẫn 
đến sự phân bổ các phân tử của GST225 ở trạng thái vô định hình ít trật tự hơn. Nguồn gốc sự phụ thuộc 
mức năng lượng Urbach theo hàm e, đặc trưng cho chất bán dẫn vô định hình, được nhiều nhà vật lý 
nghiên cứu và giải thích. Ví dụ, Dou và Redfield trong các công bố của mình, đã đưa ra mô hình giải 
thích cho sự phụ thuộc trên là do sự nới rộng của các đường eksiton trong điện trường đều. Bản chất của 
Urbach tail cũng được giải thích dựa trên hiệu ứng Franz–Keldysh [23]. Trong khuôn khổ bài viết này, tác 
giả không đi sâu vào giải thích hiện tượng. Vấn đề đặt ra là, ngoài các phép đo và tính giá trị Eg, E0, việc 
sử dụng các quang phổ hấp thụ, phản xạ, truyền qua cũng có thể tính được các giá trị trên. 
3 KẾT LUẬN 
Hợp chất GST225 có hai trạng thái chính là vô định hình và kết tinh. Ở trạng thái kết tinh có cấu trúc 
mạng tinh thể dạng khối lập phương tâm diện fcc (kết tinh tại nhiệt độ 1500C). Các hệ số quang học (n, k, 
α) của GST225 phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng. Có sự khác biệt lớn của các hệ số quang học này giữa 
hai trạng thái vô định hình và kết tinh. Sự khác biệt này được gọi là độ tương phản quang. Độ tương phản 
quang tính được trong thí nghiệm này dành cho hai bước sóng λ = 400 nm là 0,18+i3,34, và λ = 650 nm là 
 © 2020 Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh 
10 TÍNH CHẤT QUANG CỦA HỢP CHẤT Ge2Sb2Te5 
2,86+i2,13. Thông số rất quan trọng đối với chất bán dẫn GST225 là độ rộng vùng cấm (Eg). Đối với 
GST225 độ rộng vùng cấm Eg từ 0,61 eV đến 0,64 eV ở trạng thái vô định hình và 0,4 eV ở trạng thái kết 
tinh. Kết quả tính toán tương tự cho màng mỏng trên đế Si cũng như thủy tinh K8. 
 Mô hình màng mỏng với hai lớp: lớp GST225 và lớp một hệ hỗn hợp bao gồm GST225 (95%) và 
không khí (5%) thích hợp dùng để mô phỏng và tính toán các hệ số quang dựa trên phổ ellipsometry đo 
được. Bên cạnh đó, sử dụng quang phổ hấp thụ, các giá trị năng lượng vùng cấm và năng lượng Urbach 
cũng được tính toán. Điều này thể hiện sự đa dạng trong cách tiến hành thí nghiệm, song song với các 
cách tính truyền thống, dựa trên sự phụ thuộc của cường độ dòng điện theo nhiệt độ. 
 Một hướng phát triển của việc nghiên cứu và ứng dụng GST225 vào trong kỹ thuật là thêm một số 
nguyên tố đồng vị (Bi, In, Sn hay Zn) với một trong các nguyên tố chính của GST225. Mục đích thêm các 
nguyên tố đồng vị vào nhằm làm tốt hơn các hằng số phản quang, để thông tin có thể được lưu trữ trong 
một thời gian dài hơn, quá trình đọc thông tin không xảy ra sự thay đổi trạng thái và thời gian chuyển đổi 
giữa các trạng thái nhanh hơn. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] N. Yamada, E. Ohno, K. Nishiuchi, et al. Rapid phase transitions of GeTe-Sb2Te3 pseudobinary amorphous 
 thin films for an optical disk memory / J. Appl. Phys. – 1991. – Vol. 69. – P. 2849. 
[2] M. Wuttig and N. Yamada. Phase-change materials for rewriteable data storage / Nat. Mater. – 2007. V. 6. – P. 
 824. 
[3] A. V. Kolobov, J. Tominaga, P. Fons, and T. Uruga, Appl. Phys. Lett. 82, 382 (2003). 
[4] N. Yamada and T. Matsunaga, J. Appl. Phys. 88, 7020 (2000). 
[5] S. Privitera, E. Rimini, C. Bongiorno, R. Zonca, A. Pirovano, and R. Bez, J. Appl. Phys. 94, 4409 (2003). 
[6] A. V. Kolobov, P. Fons, J. Tominaga, A. I. Frenkel, A. L. Ankudinov, S. N. Yannopoulos, K. S. 
 Andrikopoulos, and T. Uruga, Jpn. J. Appl. Phys. 44 (5b), 3345 (2005). 
[7] A. V. Kolobov, P. Fons, A. I. Frenkel, A. L. Ankudinov, J. Tominaga, and T. Uruga, Nature Mater. 3, 703 
 (2004). 
[8] M. Krbal, A. V. Kolobov, P. Fons, J. Tominaga, S. R. Elliott, J. Hegedus, Phys. Rev. B 83,054203 (2011). 
[9] N. Yamada, E. Ohno, K. Nishiuchi, et al. Rapid phase transitions of GeTe-Sb2Te3 pseudobinary amorphous 
 thin films for an optical disk memory / J. Appl. Phys. – 1991. – Vol. 69. – P. 2849. 
[10] N. Yamada, T. Matsunaga. Structure of laser-crystallized Ge2Sb2+xTe5 sputtered thin films for use in optical 
 memory / J. Appl. Phys. – 2000. – Vol. 88. - P. 7020. 
[11] R.De Bastiani, E. Carria, S. Gibilisco, et al. Crystallization of ion amorphized Ge2Sb2Te5 thin films in 
 presence of cubic or hexagonal phase / J. Appl. Phys. – 2010. - V. 107. – P. 113521. 
[12] B. Liu, Z. T. Song, T. Zhang, at. al. Raman spectra and XPS studies of phase changes in Ge2Sb2Te5 films / 
 Chin. Phys. – 2004. – V. 13. – P. 1947. 
[13] Strand, D. Optical Routers Based on Ovonic Phase Change Materials / European Phase Change and Ovonics 
 Science Symposium (Grenoble, France, 2006). 
[14] A. R. Forouhi and I. Bloomer. Optical properties of crystalline semiconductors and dielectrics / Phys. Rev. B. -
 1988. –V. 38. –P. 1865. 
[15] Н. Мотт, Э. Дэвид. Электронные процессы в некристаллических веществах / М, Мир - 1971. 
[16] P. Němec, J. Přikryl, V. Nazabal, and M. Frumar. Optical characteristics of pulsed laser deposited Ge–Sb–Te 
 thin films studied by spectroscopic ellipsometry / J. Appl. Phys. – 2011. – V. 109. – P. 073520. 
© 2020 Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh 
 TÍNH CHẤT QUANG CỦA HỢP CHẤT Ge2Sb2Te5 11 
[17] P. Lazarenko, Huy Phuc Nguyen, S. Kozyukhin, A. Sherchenkov. Influence of Bi doping on electrical and 
 optical properties of phase change material Ge2Sb2Te5 / Journal of Optoelectronics and Advanced Materials. – 
 2011. – Vol. 13. – No.11-12. – Pp. 1400-1404. 
[18] E. G. Birgin, I. Chambouleyron, and J. M. Martínez. Estimation of optical constants of thin films using 
 unconstrained optimization / J. Comput. Phys. – 1999. –V.151. – P. 862. 
[19] Tauc, J. The optical properties of solids / Ed. F. Abeles, North Holland, Amsterdam, 1970. 
[20] B.-S. Lee, J.R. Abelson, S.G. Bishop, et al. Investigation of the optical and electronic properties of Ge2Sb2Te5 
 phase change material in its amorphous, cubic, and hexagonal phases / J. Appl. Phys. -2005. –V. 97. –P. 
 093509. 
[21] J. W. Park, S. H. Eom, H. Lee, et al. Optical properties of pseudobinary GeTe, Ge2Sb2Te5, GeSb2Te4, 
 GeSb4Te7, and Sb2Te3 from ellipsometry and density functional theory / Phys. Rev. B. -2009. –V. 80. –P. 
 115209. 
[22] T. Kato, K. Tanaka. Electronic properties of amorphous and crystalline Ge2Sb2Te5 films / Jpn. J. Appl. Phys. 
 – 2005. – V. 44. – P. 7340. 
[23] J. Feileib, S. Iwasa, S.C. Moss, et al. Reversible optical effects in amorphous semiconductors / J. Non-
 Crystalline Solids. - 1972. - V. 8-10. - P.909-916. 
 Ngày nhận bài: 22/03/2019 
 Ngày chấp nhận đăng: 12/06/2019 
 © 2020 Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh 

File đính kèm:

  • pdftinh_chat_quang_cua_hop_chat_gesbte.pdf