Amorphous Ge Alloy Films. I. Structural Properties

Abstract

Structure, cycling behaviour, and temperature and kinetics of the amorphous → crystalline transformation have been studied in amorphous films of Ge co-deposited with Cu, Fe, Al, or Te. Electron microscopy and electron diffraction studies show that these films have a homogeneous amorphous phase (and, therefore, termed here as a-Ge alloy films) up to a maximum concentration of ≈ 20 at% Cu, ≈ 20 at% Fe, ≈ 30 at% Al, and ≈85 at% Te. The crystallization temperature of the amorphous films decreases with increasing concentration of the alloying element with the exception of Al in which it is independent of concentration up to ≈20 at%. The temperature range in which the amorphous → crystalline transformation occurs decreases with increasing concentration of impurity. The resistivity changes, commonly observed in room temperature deposited a-Ge films on thermal cycling, are arrested by the addition of Te. On the other hand, the thermal cycling of Ge-Al alloy films results in an increase in the resistivity and activation energy of conduction in a way similar to that observed in the case of a-Ge. The thermal cycling of Ge-Cu and Ge-Fe alloy films increases the resistivity, but the activation energy of conduction remains unchanged. Struktur, zyklisches Verhalten sowie Temperatur und Kinetik des überganges amorph → kristallin wurde in amorphen Schichten von Ge untersucht, das zusammen mit Cu, Fe, Al oder Te aufgebracht wurde. Elektronenmikroskopische und Elektronenbeugungsuntersuchungen zeigen, daß die Schichten eine homogene amorphe Phase (und hier deshalb als a-Ge-Legierungsschicht bezeichnet werden) bis zu einer Maximalkonzentration von ≈20 At% Cu, ≈20 At% Fe, ≈30 At% Al und ≈ 85 At% Te besitzen. Die Kristallisationstemperatur der amorphen Schichten nimmt mit zunehmender Konzentration des Legierungselements ab, mit Ausnahme von Al, für das sie unabhängig von der Konzentration ist bis zu 20 At%. Der Temperaturbereich, in dem der übergang amorph → kristallin auftritt, nimmt mit steigender Verunreinigungskonzentration ab. Die Widerstandsänderungen, die gewöhnlich an bei Zimmertemperatur aufgebrachten a-Ge-Schichten nach thermischer Behandlung beobachtet werden, werden durch die Zugabe von Te festgehalten. Andererseits führt die thermische Behandlung von Ge-Al-Legierungsschichten zu einer Zunahme des Widerstands und der Aktivierungsenergie der Leitfähigkeit in einer Weise, die der im Falle von a-Ge beobachteten ähnlich ist. Die thermische Behandlung von Ge-Cu- und Ge-Fe-Legierungsschichten vergrößert den Widerstand, jedoch bleibt die Aktivierungsenergie der Leitfähigkeit ungeändert.