Estudio de pelı́culas delgadas de Sn-Sb-Te mediante técnicas de análisis superficial, hiperfinas y métodos de primeros principios. Estructura, composición quı́mica y el rol de la oxidación

V. BILOVOL; CHANDUVÍ, H.H. MEDINA; A.V. GIL REBAZA; A.M. MUDARRA NAVARRO; ERRICO, L A

Cordoba

Congreso; 106 Reunión de la Asociación Física Argentina - 106 RAFA; 2021

Los materiales basados en calcogenidos presentan un gran interés tecnológico, sobre todo cuando sus dimensiones se reducen a pelı́culas. Ejemplo de estas aplicaciones son las llamadas memorias basadas en el fenómeno de cambio de fase reversible de alta frecuencia (PCM). Por este motivo, en los últimos años se han llevado a cabo muchos estudios de este tipo de pelı́culas a fin de predecir sus propiedades o tener control sobre las mismas.Dentro del conjunto de materiales con potencial aplicación en PCM ́s, el sistema Ge2Sb2Te5 (GST) ha concentrado buena parte del interés cientı́fico. Las pelı́culas delgadas de GST presentan una fase cúbica metaestable intermedia desde la cual se produce la transición reversible de alta frecuencia amorfo-cristalino, que es la transición de interés en el caso de PCM ́s. En este proceso, la temperatura de cristalización, T C , juega un rol crı́tico. La TC puede alterarse con el agregado de impurezas como O, N, o C y el funcionamiento de los dispositivos puede verse afectado por la presencia de estas impurezas, sobre todo O, y es sabido que las pelı́culas de GST expuestas a la atmósfera sin protección presentan procesos de oxidación y una T C menor.En forma similar al GST, el sistema Sn-Te-Sb (SST) presenta una fase cúbica metaestable cuando se produce la transición amorfo-cristalino y una T C adecuada para su aplicación en dispositivos PCM. Por esto, el SST ha recibido una creciente atención. Sin embargo, aún quedan muchas cuestiones abiertas y para dilucidar las propiedades de las pelı́culas de SST, la comprensión detallada de su composición quı́mica y su estructura es de fundamental importancia.En esta comunicación presentamos un estudio teórico-experimental de pelı́culas delgadas de Sn-Sb-Te con composición nominal SnSb 2 Te 4 obtenidas por deposición láser pulsada sobre un substrato de mylar. Experimentalmente, las pelı́culas se estudiaron mediante espectroscopı́a Mösbauer (EM) con la sonda 119Sn, XPS y difractometrı́a de rayos X rasantes (GIXRD). GIXRD muestra que las pelı́culas obtenidas adoptan la estructura cúbica tipo Na-Cl (Fm-3m), sin la presencia (en los lı́mites de detección) de otras fases. 119Sn-EM revela la presencia de dos especies de Sn: Sn(II), como se espera para la fase SnSb2Te4 , y Sb(IV), lo que sugiere oxidación del Sn. Los resultados XPS indican la oxidación de Sn, Sb y Te en la superficie y la progresiva eliminación de los óxidos Sn-O y Sb-O en función de la profundidad en la pelı́cula. Los perfiles de concentración en profundidad muestras un fuerte déficit de Te en las muestras. Desde el punto de vista teórico, cálculos basados en la teorı́a de la funcional densidad soportan la hipótesis que el Sn se localiza en la subred de Sb y que se forman vacancias de Sb y Te. A partir de la comparación entre los resultados de 119Sn-EM para el corrimiento isomérico y los obtenidos teóricamente es posible confirmar que los sitios de vacancia de Te son ocupados por átomos de oxı́geno durante elproceso de oxidación de la pelı́cula de Sn-Sb-Te, dando soporte a la hipótesis que la fracción de Sn(II) corresponde a Sn en sitios Sb que tienen (al menos) un oxı́geno como primer vecino. Finalmente, nuestros resultados teóricos muestran que la presencia de oxı́geno en los sitios de vacancia de Te vuelven al sistema Sn-Sb-Te semiconductor (gap del orden de 0.3 eV).