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NiO掺杂有效抑制ZnSb相变过程中亚稳态实现一步析晶过程
作者: irglass 时间: 2017-08-31 浏览:3,384 次

近日,我室李超硕士研究生(第一作者)、王国祥博士(通信作者)等人在Zn-Sb基纳米复合薄膜晶相可控研究方面取得进展,相关研究工作在Scientific Reports,2017,7: 8644. DOI: 10.1038/s41598-017-09338-3.(影响因子5.228)。

 

    GaSb,GeSb和ZnSb等无Te合金薄膜因以生长为主导的结晶机理拥有更快的相变速度而被广泛地研究。特别是ZnSb薄膜,有着超高的结晶温度257℃、更高的数据保持力(能201℃保持十年)、较低的熔化温度(500℃),且结晶速度与结晶电阻高,被认为是替代传统GST最具潜力的相变材料之一。此外,ZnSb有着类似于传统GST材料的两步析晶过程:在约250℃非晶转变为亚稳ZnSb相,在约350℃亚稳相转变为稳相ZnSb。在两步析晶过程中,由于电阻差异较小易引起相分离,不利于器件的开关比和循环过程中的稳定性。本论文创新地采用纳米复合实验方法,将介质材料NiO与ZnSb相变材料进行纳米尺度复合,制备出自主知识产权的新型(ZnSb)96(NiO)4纳米复合相变材料。通过对X射线衍射谱(图1)、原位电阻测试图和拉曼光谱分析发现,NiO掺杂的ZnSb膜可以抑制亚稳ZnSb相产生而直接结晶成稳定的ZnSb相,提高了晶化温度和热稳定性,进一步扩大电阻比。原子力显微镜和透射电子显微镜图像(图2)表明,掺杂NiO给ZnSb结晶过程中提供了更多成核位置并形成了很多ZnSb/NiO晶/非晶界面,从而束缚晶粒生长并加速ZnSb的结晶。根据JMA理论得知Avrami指数n从1.12降低到0.44。NiO掺杂不仅没有改变ZnSb生长型为主的结晶机理,而且发现新型(ZnSb)96(NiO)4纳米复合相变材料呈一维的结晶生长模式,具有更快的相变速度。

 

图1 沉积态和退火的XRD图谱(a)未掺杂ZnSb(b)NiO掺杂的ZnSb薄膜

 

 

图2 NiO掺杂ZnSb薄膜的TEM图(a)明场图,(b)SEAD图,(c)横截面明场图,(d)HRTEM图

图2 NiO掺杂ZnSb膜的TEM图(a)明场图,(b)SAED图,(c)横截面明场图,(d)HRTEM图