Published January 31, 2023 | Version v1
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Structural investigations of amorphous phase change materials Ge50xCuxTe50 by means of scattering and absorption of X-rays

Description

The amorphous structure of the phase change materials (PCM) GCT-9110 (Ge45Cu5Te50), GCT-7310 (Ge35Cu15Te50) and GCT-112 (Ge25Cu25Te50) located on the pseudo-binary tie line between GeTe and CuTe are investigated using anomalous x-ray scattering (AXS) and x-ray absorption fine structure (XAFS) measurements. Supported by x-ray near edge structure (XANES) simulations and constrained by the experimental data, large three dimensional models of these compositions are generated using reverse Monte-Carlo simulations (RMC). In the low Cu-concentration regime (GCT-9110 and GCT-7310) the Cu atoms agglomerate to clusters, embedded into the amorphous matrix and linked via Cu-Te bonds. The resulting relative Te-enrichment of the amorphous matrix increases with the Cu-concentration which explains the rising crystallization temperature in this Cu-concentration regime. Additionally, the amorphous matrix exhibits a dualistic topology, tetrahedral and defect-octahedral sites coexist resulting in weak extended range ordering. With rising Cu concentration the number of defect-octahedral sites diminishes. Contrary to this, in the high Cu concentration regime (GCT-112) an amorphous Ge-Cu-Te network is formed which is solely characterized by tetrahedral-like sites shaping a distinct extended range ordering compared to the low Cu concentration regime.

Availability note (English)

Also available from: http://dx.doi.org/10.17192/z2023.0106

Abstract (German)

Die amorphe Struktur der Phasenwechselmaterialien (PCM) GCT-9110 (Ge45Cu5Te50), GCT-7310 (Ge35Cu15Te50) und GCT-112 (Ge25Cu25Te50) auf der pseudo-binären Linie zwischen GeTe und CuTe wurden mittels anomaler Röntgenstreuung (AXS) und Röntgen-Absorptionsfeinstruktur (XAFS) untersucht. Mit Hilfe von Simulationen der Nahkantenabsorption (XANES) und experimentellen Daten als Randbedingungen wurden mittels reverser Monte-Carlo Simulationen (RMC) dreidimensionale Modelle dieser Zusammensetzungen erzeugt. Bei niedrigen Cu-Konzentrationen, GCT-9110 und GCT-7310, bilden sich Cu-Cluster, die in die amorphe Matrix eingebettet sind und mit dieser über Cu-Te Bindungen verbunden sind. Dadurch ergibt sich eine mit der Cu-Konzentration steigende relative Te-Konzentration in der die Cluster umgebenden amorphen Matrix, wodurch die in diesem Konzentrationsbereich gefundene steigende Kristallisationstemperatur erklärt werden kann. Die amorphe Matrix besitzt eine bimodale Topologie, es bilden sich tetraedrische und defekt-oktaedrische Bindungseinheiten. Dadurch ergibt sich eine schwach ausgeprägte Ordnung auf höheren Längenskalen. Mit steigender Cu-Konzentration nimmt der Anteil der defekt-oktaedrischen Einheiten ab. Im Gegensatz dazu ist GCT-112 durch ein Ge-Cu-Te Netzwerk charakterisiert, das sich ausschließlich über tetraedrische Strukturen beschreiben lässt und eine deutlich langreichweitigere Ordnung aufweist als GCT-9110 und GCT-7310.

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Original title (German)
Strukturuntersuchungen amorpher Phasenwechselmaterialien Ge50xCuxTe50 mittels Streuung und Absorption von Röntgenstrahlung

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186 p.
Report number
INIS-DE--4449