Комментарии о механизмах электронного транспорта в кристаллическом состоянии фазопеременного материала Ge-Sb-Te

Авторы

  • Коичи Шимакава Университет Гифу
  • Рубен Херонимо Фрейтас Государственный университет в Дили https://orcid.org/0000-0001-7708-6947

DOI:

https://doi.org/10.33910/2687-153X-2021-2-2-74-80

Ключевые слова:

материалы с фазовым переходом Ge-Sb-Te, кристаллическая фаза, электронный транспорт, граница зерен, переход металл-изолятор, вырожденный полупроводник, грязный металл

Аннотация

Известно, что материалы с фазовым переходом, такие как Ge-Sb-Te, являются перспективными в резистивной энергонезависимой оперативной памяти со сверхбыстрыми обратимыми превращениями между кристаллической и аморфной фазами. Этот класс электронных переходов классифицируется как переход металл-изолятор (MIT). MIT типа Андерсона широко обсуждался в материалах с фазовым переходом (PCM) и изотермическом отжиге аморфных PCM (a-PCM), который при температуре выше определенной приводит к металлической (кристаллической) фазе. В диэлектрическом режиме вблизи MI-перехода обсуждались прыжки типа Мотта с переменным радиусом (VRH) и/или прыжки Эфроса — Шкловского (ESH) при температурах ниже 20 K (и до 1 K) в Ge1Sb2Te4 (GST124). Однако мы широко критикуем приведенный выше аргумент посредством подробного обсуждения физических параметров, поддерживающих механизм VRH. Неясно, локализована ли плотность состояний (DOS) вблизи уровня Ферми (подобно фермиевскому стеклу) в кристаллической фазе. Также предполагается, что границы зерен будут мешать электронному транспорту в кристаллическом состоянии. Следует учитывать влияние границ зерен на электронный транспорт в кристаллической фазе системы Ge-Sb-Te.

Библиографические ссылки

Avdonin, A., Skupiński, P., Grasza, K. (2016) Hall effect in hopping regime. Physica B: Condensed Matter, 483, 13–18. https://doi.org/10.1016/j.physb.2015.12.024 (In English)

Brodsky, M. H., Gambino, R. J. (1972) Electrical conduction in evaporated amorphous silicon films. Journal of Non-Crystalline Solids, 8–10, 739–744. https://doi.org/10.1016/0022-3093(72)90221-9 (In English)

Kato, T., Tanaka, K. (2005) Electronic properties of amorphous and crystalline Ge2Sb2Te5 films. Japanese Journal of Applied Physics, 44 (10R), 7340–7344. https://doi.org/10.1143/JJAP.44.7340 (In English)

Kim, J.-J., Kobayashi, K., Ikenaga, E. et al. (2007) Electronic structure of amorphous and crystalline (GeTe)1- x(Sb2Te3)x investigated using hard x-ray photoemission spectroscopy. Physical Review B, 76 (11), article 115124. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.76.115124 (In English)

Kumar, S., Singh, D., Thangaraj, R. (2013) Structural, electrical and optical study of thermally evaporated Ge8Sb2Te11 thin films. Thin Solid Films, 531, 577–582. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2013.01.057 (In English)

Mott, N. F. (1993) Conduction in non-crystalline materials. 2nd ed. Oxford: Clarendon Press, 160 p. (In English)

Mott, N. F., Davis, E. A. (1979) Electronic processes in non-crystalline materials. 2nd ed. Oxford: Clarendon Press, 608 p. (In English)

Ortuno, M., Pollak, M. (1983) Hopping transport in a-Ge and a-Si. Philosophical Magazine B, 47 (6), L93–L98. https://doi.org/10.1080/01418638308228274 (In English)

Raoux, S., Xiong, F., Wuttig, M., Pop, E. (2014) Phase change materials and phase change memory. MRS Bul¬letin, 39 (8), 703–710. https://doi.org/10.1557/mrs.2014.139 (In English)

Shimakawa, K., Miyake, K. (1988) Multiphonon tunnelling conduction of localized π electrons in amorphous carbon films. Physical Review Letters, 61 (8), 994–996. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.61.994 (In English)

Shimakawa, K., Kadlec, F., Kadlec, C. et al. (2020) Effects of grain boundaries on THz conductivity in the crys-talline states of Ge2Sb2Te5 phase-change materials: Correlation with DC loss. Rapid Research Letter, 15 (3), article 2000411. https://doi.org/10.1002/pssr.202000411 (In English)

Shimakawa, K., Wagner, T., Frumar, M. et al. (2013) Terahertz and dc current losses and the origin of non-Drude terahertz conductivity in the crystalline states of phase change materials. Journal of Applied Physics, 114 (23), article 233105. https://doi.org/10.1063/1.4847395 (In English)

Shklovskii, B. I., Efros, A. L. (1984) Electrical properties of doped semiconductors. Berlin: Springer Publ., 388 p. https://doi.org/10.1007/978-3-662-02403-4 (In English)

Siegrist, T., Jost, P., Volker, H. et al. (2011) Disorder-induced localization in crystalline phase-change materials. Nature Materials, 10 (3), 202–208. https://doi.org/10.1038/nmat2934 (In English)

Terao, M., Morikawa, T., Ohta, T. (2009) Electrical phase-change memory: Fundamentals and state of the art. Japanese Journal of Applied Physics, 48 (8R), article 080001. https://doi.org/10.1143/JJAP.48.080001 (In English)

Volker, H., Jost, P., Wuttig, M. (2015) Low-temperature transport in crystalline Ge1Sb2Te4. Advanced Func¬tional Materials, 25 (40), 6390–6398. https://doi.org/10.1002/adfm.201500830 (In English)

Wagner, T., Orava, J., Prikryl, J. et al. (2009) Medium-term thermal stability of amorphous Ge2Sb2Te5 flash-evaporated thin films with regards to change in structure and optical properties. Thin Solid Films, 517 (16), 4694–4697. https://doi.org/10.1016/j.tsf.2009.03.074 (In English)

Wuttig, M., Yamada, N. (2007) Phase-change materials for rewritable data storage. Nature Materials, 6 (11), 824–832. https://doi.org/10.1038/nmat2009 (In English)

Zhang, Y., Dai, O., Levy, M., Sarachik, M. P. (1990) Probind the coulomb gap in insulating n-Type CdSe. Physical Review Letters, 64 (22), 2687–2689. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.64.2687 (In English)

Cover of the journal "Physics of Complex Systems" (vol. 2, no. 2)

Загрузки

Опубликован

2021-06-17

Выпуск

Том 2 № 2 (2021)

Раздел

Physics of Semiconductors

Лицензия

Copyright (c) 2021 Коичи Шимакава, Рубен Херонимо Фрейтас

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Автор предоставляет материалы на условиях публичной оферты и лицензии CC BY-NC 4.0. Эта лицензия позволяет неограниченному кругу лиц копировать и распространять материал на любом носителе и в любом формате, но с обязательным указанием авторства и только в некоммерческих целях. После публикации все статьи находятся в открытом доступе.

Авторы сохраняют авторские права на статью и могут использовать материалы опубликованной статьи при подготовке других публикаций, а также пользоваться печатными или электронными копиями статьи в научных, образовательных и иных целях. Право на номер журнала как составное произведение принадлежит издателю.