ナノおよびフェムト秒単一レーザーパルス照射によるGE2SB2TE5薄膜の結晶化

同じ波長でのUVナノ秒（NS）およびフェムト秒（FS）シングルレーザーパルス照射によるGE2SB2TE5（GST）フィルムの結晶相変換と同じ波長を比較します。相変換に関する詳細な構造情報は、X線回折と高解像度透過電子顕微鏡（TEM）によって収集されます。結晶化を誘導するためのしきい値フルエンスは、両方のパルス長について決定されます。結晶化されたフィルムの粒度分布と形態に関するNSとFSパルス照射の大きな違いが見つかりました。FS単一パルス照射GST薄膜の場合、直径20〜60 nmの柱状粒子は、断面TEM分析によって証明されているように得られました。局所原子配置は、高解像度のCS補正スキャンTEMによって調査されました。GE原子の四面体もoctahed的な位置も、主に欠陥のない穀物では観察できませんでした。アモルファス膜と完全に結晶化したGSTフィルムの間の高い光学反射率コントラスト（〜25％）は、13〜16 mj/cm（2）の間のフルエンスで誘導されたFSレーザー照射と、67〜130 MJ/130 MJ/130 MJ/の間のフルエンスで誘導されるNSレーザー照射によって達成されました。CM（2）。最後に、反射率のフルエンス依存の増加は、それぞれNSおよびFSパルスの結晶化プロセスに関与する各光子の観点から議論されます。

The amorphous to crystalline phase transformation of Ge2Sb2Te5 (GST) films by UV nanosecond (ns) and femtosecond (fs) single laser pulse irradiation at the same wavelength is compared. Detailed structural information about the phase transformation is collected by x-ray diffraction and high resolution transmission electron microscopy (TEM). The threshold fluences to induce crystallization are determined for both pulse lengths. A large difference between ns and fs pulse irradiation was found regarding the grain size distribution and morphology of the crystallized films. For fs single pulse irradiated GST thin films, columnar grains with a diameter of 20 to 60 nm were obtained as evidenced by cross-sectional TEM analysis. The local atomic arrangement was investigated by high-resolution Cs-corrected scanning TEM. Neither tetrahedral nor off-octahedral positions of Ge-atoms could be observed in the largely defect-free grains. A high optical reflectivity contrast (~25%) between amorphous and completely crystallized GST films was achieved by fs laser irradiation induced at fluences between 13 and 16 mJ/cm(2) and by ns laser irradiation induced at fluences between 67 and 130 mJ/cm(2). Finally, the fluence dependent increase of the reflectivity is discussed in terms of each photon involved into the crystallization process for ns and fs pulses, respectively.