Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Халькогенидное стекло ( в химии произносится как hard ch ) - это стекло, содержащее один или несколько халькогенов ( сера , селен и теллур , но исключая кислород ). Такие стекла представляют собой ковалентно связанные материалы и могут быть классифицированы как твердые тела с ковалентной сеткой . Полоний также является халькогеном, но не используется из-за его высокой радиоактивности . Халькогенидные материалы ведут себя несколько иначе, чем оксиды, в частности, их нижняя запрещенная зона. вносят свой вклад в очень разные оптические и электрические свойства.

Классические халькогенидные стекла (в основном на основе серы, такие как As-S или Ge-S ) являются сильными стеклообразователями и обладают стеклами в больших областях концентрации. Стеклообразующие способности снижаются с увеличением молярной массы составляющих элементов; т.е. S> Se> Te.

Халькогенидные соединения, такие как AgInSbTe и GeSbTe , используются в перезаписываемых оптических дисках и устройствах памяти с фазовым переходом . Это хрупкие стеклообразователи: контролируя нагрев и отжиг (охлаждение), они могут переключаться между аморфным (стеклообразным) и кристаллическим состоянием, тем самым изменяя их оптические и электрические свойства и позволяя хранить информацию.

Химия [ править ]

Наиболее стабильные бинарные халькогенидные стекла представляют собой соединения халькогена и элемента 14 или 15 группы и могут образовываться в широком диапазоне атомных соотношений. Известны также тройные стаканы. [1]

Не все халькогенидные композиции существуют в стеклообразной форме, хотя можно найти материалы, с которыми эти не стеклообразующие композиции можно сплавить для образования стекла. Примером этого являются стекла на основе сульфида галлия. Сульфид галлия (III) сам по себе не является стеклообразующим веществом; однако с сульфидами натрия или лантана он образует стекло, сульфид галлия и лантана (GLS).

Приложения [ править ]

CD-RW (компакт - диск). Аморфные халькогениды составляют основу технологии твердотельной памяти перезаписываемых CD и DVD. [2]

Области применения включают инфракрасные детекторы, формуемую инфракрасную оптику, такую ​​как линзы , и инфракрасные оптические волокна , с главным преимуществом, что эти материалы передают в широком диапазоне инфракрасного электромагнитного спектра .

Физические свойства халькогенидных стекол (высокий показатель преломления, низкая энергия фононов , высокая нелинейность) также делают их идеальными для встраивания в лазеры , планарную оптику, фотонные интегральные схемы и другие активные устройства, особенно если они легированы ионами редкоземельных элементов . Некоторые халькогенидные стекла демонстрируют несколько нелинейных оптических эффектов, таких как индуцированное фотонами преломление [3] и изменение диэлектрической проницаемости, индуцированное электронами [4]

Некоторые халькогенидные материалы претерпевают термически обусловленные переходы из аморфной фазы в кристаллическую. Это делает их полезными для кодирования двоичной информации на тонких пленках халькогенидов и составляет основу перезаписываемых оптических дисков [2] и устройств энергонезависимой памяти, таких как PRAM . Примерами таких материалов с фазовым переходом являются GeSbTe и AgInSbTe . В оптических дисках, слой с изменением фазы, как правило , зажатым между диэлектрическими слоями ZnS - SiO 2 , иногда со слоем кристаллизации продвижения пленки. [ необходима цитата ] Другими менее часто используемыми такими материалами являютсяInSe , СБС , SbTe , InSbSe , InSbTe , GeSbSe , GeSbTeSe и AgInSbSeTe . [5]

Intel утверждает, что ее технология памяти 3D XPoint на основе халькогенидов обеспечивает пропускную способность и надежность записи в 1000 раз выше, чем у флэш-памяти .

Электрическое переключение в халькогенидных полупроводниках появилось в 1960-х годах, когда аморфный халькогенид Te 48 As 30 Si 12 Ge 10Было обнаружено, что в электрическом сопротивлении выше порогового напряжения наблюдаются резкие обратимые переходы. Если позволить току сохраняться в некристаллическом материале, он нагревается и переходит в кристаллическую форму. Это эквивалентно написанию на нем информации. Кристаллический участок можно расплавить под воздействием короткого интенсивного теплового импульса. Последующее быстрое охлаждение затем отправляет расплавленную область обратно через стеклование. И наоборот, тепловой импульс меньшей интенсивности и большей продолжительности приведет к кристаллизации аморфной области. Попытки вызвать превращение халькогенидов в стеклообразный кристалл электрическими средствами лежат в основе оперативной памяти с фазовым переходом (PC-RAM). Эта технология была разработана ECD Ovonics для практического использования.. Для операций записи электрический ток подает тепловой импульс. Процесс считывания выполняется при подпороговых напряжениях за счет использования относительно большой разницы в электрическом сопротивлении между стеклообразным и кристаллическим состояниями. Примерами таких материалов с фазовым переходом являются GeSbTe и AgInSbTe .

Исследование [ править ]

В полупроводниковые свойства халькогенидных стекол были обнаружены в 1955 г. Т. Коломийца и Н. А. Горюновой из ФТИ , СССР. [6] [7]

Хотя электронные структурные переходы, относящиеся как к оптическим дискам, так и к PC-RAM, были сильно характерны, вклад ионов не учитывался, хотя аморфные халькогениды могут иметь значительную ионную проводимость. Однако на Euromat 2005 было показано, что ионный транспорт также может быть полезен для хранения данных в твердом халькогенидном электролите. На наноуровне этот электролит состоит из кристаллических металлических островков селенида серебра (Ag 2 Se), диспергированных в аморфной полупроводниковой матрице селенида германия (Ge 2 Se 3 ).

Электронные применения халькогенидных стекол были активной темой исследований на протяжении второй половины двадцатого века и далее. Например, в электролитическом случае требуется миграция растворенных ионов, но она может ограничить производительность устройства с фазовым переходом. Диффузия электронов и ионов участвует в электромиграции, которая широко изучается как механизм деградации электрических проводников, используемых в современных интегральных схемах. Таким образом, единый подход к изучению халькогенидов, оценивая коллективную роль атомов, ионов и электронов, может оказаться важным как для производительности, так и для надежности устройства. [8] [9] [10]

Ссылки [ править ]

  1. ^ MC Flemings, B. Ilschner, EJ Kramer, S. Mahajan, KH Jurgen Buschow и RW Cahn, Энциклопедия материалов: наука и технология, Elsevier Science Ltd, 2001.
  2. ^ a b Грир, А. Линдси; Матур, Н. (2005). «Материаловедение: меняющееся лицо хамелеона». Природа . 437 (7063): 1246–1247. Bibcode : 2005Natur.437.1246G . DOI : 10.1038 / 4371246a . PMID  16251941 .
  3. ^ Танака, К. и Shimakawa, К. (2009), халькогенидных стеклах в Японии: обзор А на фотоиндуцированных явлений. Phys. Статус Solidi B, 246: 1744–1757. DOI: 10.1002 / pssb.200982002
  4. ^ Электронное облучение вызвало уменьшение диэлектрической проницаемости в тонкой пленке халькогенидного стекла (As [sub 2] S [sub 3]) Дэмиан П. Сан-Роман-Алериги, Далавер Х. Анджум, Япин Чжан, Сяомин Ян, Ахмед Бенслимане, Тьен К. Ng, Mohamed N. Hedhili, Mohammad Alsunaidi и Boon S. Ooi, J. Appl. Phys. 113, 044116 (2013), DOI: 10.1063 / 1.4789602
  5. ^ Патент США 6511788 архивации 26 сентября 2007, в Wayback Machine
  6. ↑ Коломиец, БТ (1964). «Стекловидные полупроводники (I)». Physica Status Solidi B . 7 (2): 359–372. Bibcode : 1964PSSBR ... 7..359K . DOI : 10.1002 / pssb.19640070202 .
  7. ↑ Коломиец, БТ (1964). «Стекловидные полупроводники (II)». Physica Status Solidi B . 7 (3): 713–731. Bibcode : 1964PSSBR ... 7..713K . DOI : 10.1002 / pssb.19640070302 .
  8. ^ Овшинский, SR, Phys. Rev. Lett., Vol. 21, стр. 1450 (1968); Jpn. J. Appl. Phys., Vol. 43, стр. 4695 (2004)
  9. ^ Адлер, Д. и др., J. Appl. Phys., Vol. 51, стр. 3289 (1980)
  10. ^ Vezzoli, GC, Уолш, PJ, Доремус, ЛМ, J. Non-крист. Твердые тела, Vol. 18, стр. 333 (1975)

Дальнейшее чтение [ править ]

  • Закери, А .; SR Elliott (2007). Оптические нелинейности в халькогенидных стеклах и их применения . Нью-Йорк: Спрингер. ISBN 9783540710660.
  • Frumar, M .; Фрумарова, Б .; Вагнер, Т. (2011). «4.07: Аморфные и стеклообразные полупроводниковые халькогениды». В Паллаб Бхаттачарья; Роберто Форнари; Хироши Камимура (ред.). Комплексная полупроводниковая наука и технология . 4 . Эльзевир. С. 206–261. DOI : 10.1016 / B978-0-44-453153-7.00122-X . ISBN 9780444531537.