碲化锗的主要应用

背景及概述^[1]

从上世纪六十年代起，GeTe化合物因其优异的热电性能受到研究者广泛的关注。

结构^[1]

图1-4（a）中二元相图显示在720℃时通过熔融法可以得到β-GeTe，GeTe(l)→β-GeTe(s)。β-GeTe是NaCl型的岩盐晶体结构（空间群：Fm3m），a轴的晶胞参数为6.009Å。因为在430℃时，β-GeTe→α-GeTe+Ge(s)，所以进一步降温可以得到α-GeTe。α-GeTe为菱方相，晶胞参数为a=b=4.164Å，c=10.690Å，空间群为R3m。由于热应力的作用使得Ge原子从（1/2，1/2，1/2）重排至（1/2-x，1/2-x，1/2-x），因此在400℃~430℃左右，β-GeTe→α-GeTe，同时Ge原子会逐渐沿着体对角线移动，使得晶胞整体角度偏离1.65°。每个Ge原子和Te原子之间形成6个化学键，其中包括三个短键（2.83Å）和三个长键（3.15Å）。最近的一些研究比如X射线吸收精细结构谱EXAFS和对分布函数分析PDF显示，GeTe中的铁电相变是有序-无序相变而不是Ge原子和Te原子互相调换顺序。α-GeTe是畸变的岩盐结构，在晶胞中Te原子占据阴离子4a位置，Ge原子占据阳离子4b位置，整个晶体采用ABCABC的方式沿着方向堆积。晶格畸变是沿着方向，这会导致非对称八面体的形成，在八面体中每个Te原子被3个较近的Ge原子（2.85Å）和3个较远的Ge原子（3.26Å）包围，这个EXAFS的结果一致（2.80Å和3.13Å）。图1-4（d）是立方相GeTe的能带结构，Te原子因为其较高的电负性（χTe=2.10）形成价带，而Ge原子（χGe=2.01）形成导带。在立方的GeTe中，导带的最小值和价带的值均出现在Г点，禁带宽度为.243eV。在PbTe和SnTe中，轻重价带之间的能量间隙分别为0.17eV和0.35eV，因此在PbTe中第二价带相对来说更容易参与导电。在GeTe中，轻重价带的能量间隙为0.27~0.38eV。GeTe为窄禁带p型简并半导体，有较大的载流子迁移率（100-200cm2V-1s-1和载流子有效质量（~1021cm-3），这导致了GeTe化合物有高的电导率。GeTe中由于存在Ge空位通常会形成Te富集相，因此本征样品具有较高载流子浓度。在300K时，GeTe的Seebeck系数（~34μVK-1）较低，热导率（8Wm-1K-1）很高，这是因为其高的载流子浓度导致高的电子热导率。GeTe在720K时的ZT值约为0.8，通过掺杂和固溶能大幅度提高本征GeTe的热电性能。。

应用^[2-4]

碲化锗应用举例如下：

1）制备一种二维材料碲化锗：包括以下步骤：(1)称取一定量的碲化锗粉末加入有机溶剂中，混合均匀，其中碲化锗粉末的质量份数与有机溶剂的体积份数比为(2?100)：(5-100)，其中质量份的单位为mg，体积份的单位为mL；(2)将步骤(1)中混合均匀的溶液放入细胞粉碎机，进行超声处理；(3)对超声后的碲化锗分散液进行离心处理，取灰黑色的上层清液，二维材料碲化锗分散在上层清液中。本发明的有益效果是：制备方法简单易行，操作简单。

2）制备相变存储器单元，采用吸附有金纳米颗粒的衬底，以由锡粉末和碲化锗粉末组成的混合物作为蒸发源，将上述蒸发源与衬底置于水平管式炉内，在一定的条件下进行化学反应，得到沉积有锡掺杂碲化锗纳米线的衬底，将上述衬底上的锡掺杂碲化锗纳米线迁移至2英寸SiO2/Si表面各个小金属框的中心处，烘干；再分别采用紫外光刻、磁控溅射技术和剥离技术得到所述相变存储器单元，即锡掺杂碲化锗纳米线两端电极器件，上述相变存储器单元通过对相变材料掺杂锡粉末进行改性，从而提高了相变材料的电阻率，降低了相变材料的熔点，从而有效降低相变材料的操作功耗。另外，本发明还提供了一种相变材料及相变存储器单元。

3）制备一种光刻用硫化物半导体掩膜，其特征在于所述的硫化物半导体掩膜的材料为碲化锗，锗锑碲，银铟锑碲，碲化锑或锑。本发明硫化物半导体掩膜材料由于材料的三阶非线性效应，能大大减小光斑或者刻蚀线宽，刻蚀点或刻蚀线宽是光斑衍射极限的1/3-1/6，比采用金属铟(In)(60%)的效果更明显，同时需要的激光功率也大大降低。

主要参考资料

[1] 碲化锗基化合物的结构及其热电性能研究

[2] CN201710444137.X一种二维材料碲化锗的制备方法

[3] CN201410075734.6相变存储器单元的制备方法、相变材料及相变存储器单元

[4] CN200410093319.X光刻用硫化物半导体掩膜