·228· 工程科学学报，第41卷，第2期 a b 200m SiK 200μm 200m 2X0μm 200 um 2004m 200m 图5靶材成分面扫描.(a)方案一：(b)方案二 Fig.5 Scanning of target surface:(a)scheme 1;(b)scheme 2 =0,1,-7) ◆Si 75-0589 材料原子分子排列规则，离子键和共价键有序，内部 ■As,GeTe,43-1330 (1,1,1) 结构紧密，致密度比材料非晶态时更高.虽然热压 VAs 05-0632 ·GeTe 89-2552 过程可使部分非品成分结晶，并有新的品态化合物 0.12 0.15) 0.0,3) 2.2.0 生成，但压制的过程并不能使全部非晶相结品，射线 0,1,14 衍射结果显示靶材压制对结品化的促进作用是有限 31.1) 12-74.2.2 的.因方案一原料合金粉体结晶度低于方案二，所 0.0,9 方案 以其压制的靶材结晶度和致密度也不及方案二.结 品度好，高密度的靶材在溅射过程中强度高不易破 方案 碎，沉积的薄膜表面致密，成分均匀，可提供完成开 20 40 60 80 100 关效应的Te传导丝形成的有利条件)]，所以采用 20r) 缓冷方案制备的合金粉体作为原料可压制高质量的 图6两种方案靶材X射线衍射谱图对比 Fig.6 Comparison of XRD spectra of two kinds of target 靶材. 后期实验将制备的靶材采用磁控溅射法镀膜， 晶特征的宽化衍射峰减少，结品度比粉体更高.化 检测到薄膜成分均匀，结构致密.对薄膜进行电流- 合物晶态As,GeTe,的相对峰强增强，说明在压制过 电压测试，结果显示材料具有阈值开关功能且多次 程生成了该化合物，提高了合金粉体整体结晶度. 循环后仍保持阈值电压不变，验证了靶材的使用 方案一合金粉体主体呈非晶态，压制过程中部分非 性能 晶态成分结晶，部分未充分反应的的单质形成晶态 化合物，都导致了图4中方案一靶材的孔洞和图5 3结论 中方案一靶材的元素偏聚现象，方案二合金粉体基 (1)分别采用急冷和缓冷工艺真空熔炼制备 本为晶态，靶材压制过程只有少量物质结品，不会造 TeAsGeSi合金粉体：急冷方案粉体呈非晶态，缓冷 成元素的偏聚，所以成分分布较均匀. 方案粉体呈晶态，其中晶态As,GeTe4为主相，急冷 在合金中，物质的结晶温度往往低于其熔点，较 粉体结晶趋势与缓冷粉体晶相相同.由粉体综合分 复杂的体系中还有冷结晶现象，因实验采取的热压 析结果确定烧结热压温度不能超过340℃. 烧结温度(340℃)接近As2GeTe4的熔点(350℃)， (2)以两种合金粉体为原料，用真空热压法制 所以在升温至烧结温度并保温2h后，非晶态的 备靶材，采用相同热压工艺：升温至340℃，加压20 As,GeTe4相当于经历一次退火处理，达到了结晶条 MPa,保温2h.X射线分析显示两种靶材结晶度高 件并结晶.高温也可使已经结晶的材料发生晶粒长 于粉体，但未生成新的物相.缓冷工艺粉体制备的 大，平均晶粒尺寸增大：而高压则减少粉体中的气 靶材结晶度更好，致密度更高，为5.46g·cm-3,达混 孔，降低孔隙率，使晶体间接触面积增大6].晶态 合理论密度的99.5%，靶材平整内部紧密，元素分工程科学学报,第 41 卷,第 2 期 图 5 靶材成分面扫描. (a) 方案一; (b) 方案二 Fig. 5 Scanning of target surface: (a) scheme 1; (b) scheme 2 图 6 两种方案靶材 X 射线衍射谱图对比 Fig. 6 Comparison of XRD spectra of two kinds of target 晶特征的宽化衍射峰减少,结晶度比粉体更高. 化 合物晶态 As2GeTe4 的相对峰强增强,说明在压制过 程生成了该化合物,提高了合金粉体整体结晶度. 方案一合金粉体主体呈非晶态,压制过程中部分非 晶态成分结晶,部分未充分反应的的单质形成晶态 化合物,都导致了图 4 中方案一靶材的孔洞和图 5 中方案一靶材的元素偏聚现象,方案二合金粉体基 本为晶态,靶材压制过程只有少量物质结晶,不会造 成元素的偏聚,所以成分分布较均匀. 在合金中,物质的结晶温度往往低于其熔点,较 复杂的体系中还有冷结晶现象,因实验采取的热压 烧结温度(340 益 )接近 As2GeTe4 的熔点(350 益 ), 所以在升温至烧结温度并保温 2 h 后,非晶态的 As2GeTe4 相当于经历一次退火处理,达到了结晶条 件并结晶. 高温也可使已经结晶的材料发生晶粒长 大,平均晶粒尺寸增大;而高压则减少粉体中的气 孔,降低孔隙率,使晶体间接触面积增大[16] . 晶态 材料原子分子排列规则,离子键和共价键有序,内部 结构紧密,致密度比材料非晶态时更高. 虽然热压 过程可使部分非晶成分结晶,并有新的晶态化合物 生成,但压制的过程并不能使全部非晶相结晶,射线 衍射结果显示靶材压制对结晶化的促进作用是有限 的. 因方案一原料合金粉体结晶度低于方案二,所 以其压制的靶材结晶度和致密度也不及方案二. 结 晶度好,高密度的靶材在溅射过程中强度高不易破 碎,沉积的薄膜表面致密,成分均匀,可提供完成开 关效应的 Te 传导丝形成的有利条件[17] ,所以采用 缓冷方案制备的合金粉体作为原料可压制高质量的 靶材. 后期实验将制备的靶材采用磁控溅射法镀膜, 检测到薄膜成分均匀,结构致密. 对薄膜进行电流鄄鄄 电压测试,结果显示材料具有阈值开关功能且多次 循环后仍保持阈值电压不变,验证了靶材的使用 性能. 3 结论 (1)分别采用急冷和缓冷工艺真空熔炼制备 TeAsGeSi 合金粉体:急冷方案粉体呈非晶态,缓冷 方案粉体呈晶态,其中晶态 As2GeTe4 为主相,急冷 粉体结晶趋势与缓冷粉体晶相相同. 由粉体综合分 析结果确定烧结热压温度不能超过 340 益 . (2)以两种合金粉体为原料,用真空热压法制 备靶材,采用相同热压工艺:升温至 340 益 ,加压 20 MPa,保温 2 h. X 射线分析显示两种靶材结晶度高 于粉体, 但未生成新的物相. 缓冷工艺粉体制备的 靶材结晶度更好,致密度更高,为 5郾 46 g·cm - 3 ,达混 合理论密度的 99郾 5% ,靶材平整内部紧密,元素分 ·228·