Abstracts Category : Other

Ge-Sb-Te based phase-change nanoparticles: Synthesis, structure characterization and crystallization kinetics

by Bin Chen

Nanogestructureerde phase-change materialen (PCMs) zijn veelbelovend als actief element in volgende generatie geheugentechnologien. Ondanks de essentile rol die de kristallisatie-kinetiek speelt in het schakelen van PCM geheugens, is deze kinetiek nauwelijks bestudeerd, omdat dit onderzoek uitdagend is. Dit proefschrift toont een eenvoudige methode om in een enkele stap ligand-vrije Ge-Sb-Te phase-change nanodeeltjes te produceren met uitstekend gecontroleerde grootte, kristalliniteit en samenstelling. De amorfe PCMs zijn vervolgens gekristalliseerd door middel van langzame en snelle verhitting in een transmissie elektronenmicroscoop en een ultrasnelle differential scanning calorimeter (DSC). De langzame verhitting toonde de grootte-afhankelijkheid van de kristallisatie-temperatuur voor Ge2Sb2Te5 NDs met een gemiddelde diameter tussen 7 en 15 nm, waarbij de kristallisatie-temperatuur enigszins afneemt als de deeltjes kleiner worden. Oppervlakte-genduceerde heterogene nucleatie wordt verantwoordelijk gehouden voor dit effect. Ultrasnelle verhitting met snelheden tot 40000 K/s hebben ons in staat gesteld om met DSC de kristallisatie-kinetiek te bestuderen van Ge-Sb films en nanodeeltjes van GeSbTe en GeTe. Het niet opgaan van Arrhenius-gedrag is waargenomen voor de kristallisatie van al deze PCMs. Door gebruik te maken van JMAK theorie en numerieke modellering zijn we in staat geweest om zowel de kristalgroei-snelheid als de viscositeit van deze PCMs te bepalen tussen hun glasovergang- en de smeltemperatuur. Voor de (amorfe) GeSbTe and GeTe nanodeeltjes moest een viscositeitsmodel met een fragiel-naar-sterke overgang gebruikt worden om de waargenomen kristallisatie-kinetiek te kunnen beschrijven. Daarnaast hebben we ontdekt dat de toevoeging van een beetje methaan gedurende de productie van de nanodeeltjes de prestaties van de PCMs voor toepassing in geheugens verbetert.Advisors/Committee Members: Kooi, Bart, Palasantzas, Georgios, Bhaskaran, H., Loos, Katja, Loi, Maria, Nanostructured Materials and Interfaces.