Structural investigation of Ge-Sb-Te thin films by aberration-corrected scanning transmission electron microscopy

Roß, Ulrich Hans

The dissertation presents the results of the investigation on atomic structure, crystallization and thin film growth behaviour of Ge-Sb-Te materials for phase-change applications. Thin layers of the target material were deposited by pulsed laser deposition under various treatment conditions, pre-characterised by X-ray diffraction methods and scanning beam electron microscopy, and subsequently prepared by focused ion beam technique for transmission electron microscopy investigation (TEM). The TEM investigation included common techniques such as dark-field imaging, selected area diffraction and secondary X-ray spectroscopy, as well as advanced techniques such as probe aberration-corrected imaging (Cs-corrected STEM) at various collection angles and scanning nano-beam diffraction. The results were evaluated in comparison with quantitative image simulations from model structures, and discussed in detail. Central conclusions include the modelling of characteristic disorder structures, refinement of the crystalline-crystalline structure transition, and close description of a quasi Van-der-Waals domain epitaxy growth window.

In der Dissertation werden die Ergebnisse einer Untersuchung von atomarer Struktur, Kristallisationsverhalten und Dünnschichtwachstum an Ge-Sb-Te Materialien für Phasenwechselanwendungen präsentiert. Dünne Schichten des Target Materials wurden unter verschiedenen Konditionen mittels gepulster Laser Abscheidung deponiert, und anschließend mittels Röntgenbeugung und Rasterelektronenmikroskopie Vorcharakterisiert. Im Anschluss wurden die Proben mittels fokussierten Ionenstrahls für die Transmissionselektronenmikroskopie (TEM) präpariert. Die TEM Untersuchung erstreckte sich sowohl auf übliche Techniken wie Dunkelfeldabbildung, Feinbereichsbeugung und energiedispersive Röntgenspektroskopie, als auch fortgeschrittene Techniken wie Aberrationskorrigierte Raster-transmissionsabbildung (Cs-korrigiertes STEM) bei verschiedenen Sammelwinkeln und Raster-nanobeugung. Die detaillierte Diskussion der Ergebnisse beinhaltete den Vergleich mit quantitativen Bildsimulationen. Zentrale Schlussfolgerungen beinhalten die Modellierung von charakteristischen Defektstrukturen, eine nähere Beschreibung der Kristallinen Struktur-transformation, sowie die Beschreibung eines quasi Van-der-Waals Domänenepitaxie Wachstums in einem engen Abscheidungsfenster.

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Roß, Ulrich: Structural investigation of Ge-Sb-Te thin films by aberration-corrected scanning transmission electron microscopy. 2017.

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