El telururo de germanio (GeTe) es un compuesto químico de germanio y telurio y es un componente del vidrio calcogenuro . Presenta conducción semimetálica y comportamiento ferroeléctrico . [3]
El telururo de germanio existe en tres formas cristalinas principales: estructuras α ( romboédrica ) y γ ( ortorrómbica ) a temperatura ambiente y fase β ( cúbica , tipo sal de roca) de alta temperatura; la fase α es la fase más común para el GeTe puro por debajo de la temperatura ferroeléctrica de Curie de aproximadamente 670 K (746 °F; 397 °C). [4] [5]
El telururo de germanio dopado es un superconductor de baja temperatura. [6]
El GeTe sólido puede transformarse entre estados amorfos y cristalinos. El estado cristalino tiene una resistividad baja (semiconductor a temperatura ambiente) y el estado amorfo tiene una resistividad alta. [7] La diferencia en resistividad puede ser de hasta seis órdenes de magnitud dependiendo de la calidad de la película, las composiciones de GeTe y la formación del sitio de nucleación. [7] [8] Los cambios drásticos en las propiedades del material se han explotado en aplicaciones de almacenamiento de datos. Las transiciones de fase de GeTe pueden ser rápidas, reversibles y repetibles, con cambios drásticos en las propiedades, lo que hace que GeTe sea un candidato prometedor en aplicaciones como la conmutación de radiofrecuencia (RF) y la conmutación de corriente continua (CC). [8] La investigación sobre los mecanismos que relacionan la transición de fase y la conmutación de radiofrecuencia (RF) está en marcha, con un futuro prometedor en la optimización para aplicaciones de telecomunicaciones. [8] Aunque ambos estados sólidos pueden existir a temperatura ambiente, la transición requiere un proceso específico de calentamiento y enfriamiento conocido como el método de actuación térmica. [8] Para lograr el estado amorfo, el sólido se calienta más allá de la temperatura de fusión con un pulso de corriente alta en un corto período de tiempo y se apaga o enfría rápidamente. La cristalización ocurre cuando el GeTe se calienta a una temperatura de cristalización menor que la temperatura de fusión con un pulso de corriente relativamente más largo y más bajo, y un proceso de extinción lento con la corriente reducida gradualmente. [8] Tanto el calentamiento directo como el indirecto pueden inducir cambios de fase. [8] El enfoque de calentamiento Joule es el método de calentamiento directo común y el calentamiento indirecto se puede lograr mediante una capa separada de material dieléctrico agregado al interruptor de RF. [8] La estructura cristalina de GeTe es una estructura de tipo sal de roca distorsionada romboédricamente que forma una subred cúbica centrada en las caras (FCC) a temperatura ambiente. [8]
Los nanohilos (NW) y nanohélices (NH) semiconductores de GeTe se sintetizan mediante un método de transporte de vapor, con catalizadores de nanopartículas metálicas. El GeTe se evaporó y fue transportado por gas Ar a temperatura, presión, tiempo y caudal de gas óptimos hasta el sitio de recolección/crecimiento aguas abajo (superficie de SiO2 recubierta con nanopartículas de oro coloidal). Las altas temperaturas superiores a 500 °C producen nanohilos más gruesos y fragmentos cristalinos. El Au es esencial para el crecimiento de NW y NH y se sugiere que es el catalizador metálico de la reacción. Este método da lugar a NW y NH con una proporción de 1:1 de Ge y Te. Los NW producidos por este método tienen un promedio de aproximadamente 65 nm de diámetro y hasta 50 μm de longitud. Los NH tienen un promedio de 135 nm de diámetro de hélice. [9]
La síntesis descrita anteriormente no ha alcanzado el tamaño requerido para exhibir un efecto de tamaño cuántico. Las nanoestructuras que alcanzan el régimen cuántico exhiben un conjunto diferente de fenómenos no observados a una escala mayor, por ejemplo, ordenamiento polar espontáneo y la división de puntos de difracción. La síntesis de nanocristales de GeTe de tamaño promedio de 8, 17 y 100 nm involucra un complejo divalente de cloruro de Ge(II)-1,4 dioxano y bis[bis(trimetilsilil)amino]Ge(II) y trioctilfosfina-telurio en un solvente como 1,2-diclorobenceno o fenil éter. Se ha pensado que la cinética de reducción de Ge(II) determina la formación de GeTe. Una tasa de reducción de Ge(II) alta puede conducir al aumento de la tasa de nucleación de partículas, lo que resulta en la reducción del diámetro de las partículas. [10]
El GeTe se ha utilizado ampliamente en el almacenamiento de datos ópticos no volátiles, como CD, DVD y Blu-ray, y puede reemplazar a las memorias de acceso aleatorio dinámicas y flash. En 1987, Yamada et al. exploraron las propiedades de cambio de fase del GeTe y el Sb 2 Te 3 para el almacenamiento óptico. El corto tiempo de cristalización, la ciclabilidad y el alto contraste óptico hicieron que estos materiales fueran mejores opciones que el Te 81 Ge 15 Sb 2 S 2 , que tiene un tiempo de transición lento. [8]
El alto contraste de resistividad entre los estados amorfo y cristalino y la capacidad de revertir la transición repetidamente hacen que GeTe sea un buen candidato para la conmutación por RF. La RF requiere que se deposite una capa fina de película de GeTe sobre la superficie del sustrato. La estructura de la capa de semilla, la composición del precursor, la temperatura de deposición, la presión, los caudales de gas, las temperaturas de burbujeo del precursor y los sustratos juegan un papel en las propiedades de la película. [8]