Relaxation et cristallisation du verre mou de chalcogénure Ge2Sb2Te5 après impact d’ions lourds à basse énergie

Ce texte présente une étude nanocalorimétrique du phénomène de relaxation structurale, de cristallisation et de transition vitreuse du verre Ge2Sb2Te5 (GST). Pour analyser ces processus, on mesure la chaleur relâchée pendant un recuit thermique. Pour ce faire, des couches minces de GST (32 nm) sont déposées sur la membrane de SiNx d’un nanocalorimètre (NC) à l’aide d’un pulvérisateur cathodique magnétron triode RF. Les spécimens sont par la suite soumis à diverses analyses (RBS, XPS, XRD, ERD, EDS et AES) afin de déterminer leurs stœchiométries et leurs morphologies. On détermine que la concentration des éléments Ge, Sb et Te est de 20 %, 21 % et 60 % respectivement. L’incertitude sur ces valeurs est estimée à ± 3 %. On cherche également à obtenir des informations sur la cinétique des processus de cris- tallisation (Tc) et de transition vitreuse (Tg). Pour ce faire, on modifie le taux de chauffage (entre 14 et 184 kK/s) afin de vérifier l’influence de ce paramètre sur les températures aux- quelles les phénomènes se produisent. La vitesse de ces réactions jumelée à l’utilisation d’une méthode développée par Kissinger permet de déduire l’énergie d’activation de ces phéno- mènes(Tg -1.4eV;Tc phaseFCC-2.5eV). Ensuite, on endommage le GST par bombardement d’ions lourds Au de basse énergie (10 keV). Cette opération vise à créer des régions hors-équilibres de taille nanométrique dans le GST. On enregistre par la suite le thermogramme de l’expérience. La comparaison des courbes calorimétriques à celles obtenues pour le a-Si permet de déduire que le phénomène peut être expliqué par un modèle présentant une large distribution d’énergies d’activation. Des paramètres tels que la vitesse de recuit, la fluence et la température d’implantation ont été variées afin de mieux cerner le phénomène. On démontre que la relaxation n’est pas affectée par la transition vitreuse. Nos résultats semblent aussi établir que Tg est robuste à l’implantation puisqu’elle se produit toujours à la même température, et ce, indépendamment de la fluence d’implantation (1012 - 1014 Au/cm2 à 10 keV). Mots-clés : Nanocalorimétrie, transition vitreuse, relaxation, cristallisation, implantation This text presents a nano-calorimetric study of the phenomenon of structural relaxation, crystallization and glass transition affecting Ge2Sb2Te5 (GST) glass. To analyze these pro- cesses, we measure the heat exchanges while the material is thermally annealed. To do this, the thin layers of GST (32 nm) are deposited on the SiNx membrane of a nanocalorimeter (NC) using an RF triode magnetron sputtering cathode. The specimens are then subjected to various analyzes (RBS, XPS, XRD, ERD, EDS and AES) to determine their stoichiome- tries and their morphology. It is determined that the concentration of the elements Ge, Sb and Te is 20 %, 21 % and 60 % respectively. The uncertainty on these values is estimated at ± 3 %. We also seek information on the kinetics of processes like crystallization (Tc) and glass transition (Tg). To do this, we modify the heating rate (between 14 and 184 kK/s) in order to check the influence of this parameter on the temperatures at which the phenomena occur. The speed of these reactions coupled with the use of a method developed by Kissinger allows to deduce the activation energy of these phenomena (Tg - 1.4 eV ; Tc phase FCC - 2.5 eV). Then, GST is damaged by bombardment of heavy Au ions at low energy (10 keV). This operation aims to create non-equilibrium regions of nanometric size in the GST. The thermogram of the experiment is recorded thereafter. The comparison of calorimetric curves to those obtained for a-Si makes it possible to deduce that this phenomenon can be explained by a broad distribution of activation energies. Parameters such as annealing rate, fluence and implantation temperature have been varied to better understand the phenomenon. It has been shown that relaxation is not affected by the glass transition. Our results also seem to establish that Tg is robust to implantation since it always occurs at the same temperature, regardless of implantation fluence (1012 - 1014 Au/cm2 at 10 keV). Keywords : Nanocalorimetry, glass transition, relaxation, crystallization, implantation

Keyphrases: Nanocalorimétrie, transition vitreuse, relaxation, cristallisation, implantation, relaxation, implantation, Nanocalorimetry, glass transition, crystallization