Date of Award

5-2022

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Chemistry

Department

Chemistry

First Advisor

Haila M. Aldosari

Second Advisor

Fathy Hassan

Abstract

Random access memories (RAMs) made from phase change materials (PCMs) are a promising alternative for flash memory technology currently dominating the memory market owing to its many appealing traits such as non-volatility, fast read/write performance, excellent scalability, and compatibility with complementary metal-oxide-semiconductor (CMOS) architectures. In fact, the scalability of PCMs is driving this class of materials to be the successor in the memory industry in the near future, and germanium telluride (GeTe) is one of the most viable PCMs in this context. In this study the phase change material GeTe nanowires, is fabricated using the vapor–liquid–solid (VLS) growth method. GeTe nanowires were grown using gold (Au) as the metal catalyst deposited via an approach that has not been used before to grow GeTe nanowires, which yielded the synthesis of the smallest GeTe nanowires (<15 >nm) reported to date.
Initially, size-controlled Au nanoclusters were synthesized using inert gas condensation and dc magnetron sputtering, and the impact of magnetron discharge power (P), inert gas flow rate (f), and aggregation length (L) on the diameter and yield of Au nanoclusters was thoroughly investigated. To generate small < 5 nm Au nanoclusters, low P, small L, and large f were needed, and vice versa to produce larger nanoclusters. Optimization of source parameters produced monodispersed nanoclusters of an average size range of 1.7 ± 0.2 nm to 9.1 ± 0.1 nm. Results indicated that Au embryos grew into large nanoclusters via a two-body collision mechanism.
Afterward, size-controlled GeTe nanowires were grown via the Au-catalyzed VLS technique in a bottom–up manner. By controlling various parameters: growth pressure, inert gas flow rate, growth time, growth temperature, and the type of substrate used. GeTe nanowires with an average diameter of ~ 13 nm were produced—the smallest reported to date.
Various characterization techniques were employed to characterize the GeTe nanowires and Au nanoclusters, such as transmission electron microscopy (TEM), scanning electron microscopy (SEM), electron energy loss spectroscopy (EELS), grazing-incidence X-ray diffraction (GIXRD), etc.

Arabic Abstract

تصنیع وتوصیف أسلاك الجرمانیوم تیلیوراید النانویة

تعد ذاكرة الوصول العشوائي (RAM) المصنوعة من مواد تغییر الطور (PCMs) بدیلا واعداً لتقنیة الذاكرة المتنقلة (Flash memory)، والتي تھیمن حالیاً على سوق الذاكرة نظراً لسماتھا الجذابة العدیدة مثل عدم التقلب، وأداء القراءة/الكتابة السریع، وقابلیة التوسع الممتازة، والتوافق مع البنیات التكمیلیة لأكسید وأشباه الموصلات (CMOS). في الواقع، تدفع قابلیة تطویر أجھزة PCM ھذه الفئة من المواد لتكون الخلیفة التالي في صناعة الذاكرة في المستقبل القریب. مادة الجرمانیوم تیلیوراید (GeTe) ھي واحدة من أكثر مواد تغییر الطور قابلیة للتطبیق (PCMs) في ھذا السیاق .
صنعت ھذه الأطروحة مادة تغیر الطور من أسلاك الجرمانیوم تیلیوراید النانویة باستخدام طریقة نمو البخار - السائل – الصلب (VLS). نمت أسلاك الجرمانیوم تیلیوراید النانویة باستخدام الذھب (Au) كمحفز معدني تم ترسیبه بواسطة نھج جدید لم یتم استخدامه من قبل لتنمیة أسلاك الجرمانیوم تیلیوراید النانویة، والتي أسفرت عن تخلیق أصغر < 15 نانومتر من أسلاك الجرمانیوم تیلیوراید النانویة التي تم الإبلاغ عنھا حتى الآن.
في البدایة، تم تصنیع كتل الذھب النانویة (Au nanoclusters) التي یتم التحكم في حجمھا باستخدام تكثیف الغاز الخامل ورشاش المغنطرون بالتیار المستمر. تم التحقیق بدقة في تأثیر قوة تصریف المغنطرون (P)، ومعدل تدفق الغاز الخامل (f)، وطول التجمیع (L) على قطر وحاصل كتل الذھب النانویة (Au). لتولید كتل صغیرة من الذھب < 5 نانومتر (Au)، كانت ھناك حاجة إلى طاقة منخفضة (P)، وطول تجمیع صغیر (L)، ومعدل تدفق غاز خامل كبیر (f)، والعكس صحیح لإنتاج مجموعات نانویة أكبر.
أدى تحسین معطیات المصدر إلى إنتاج كتل نانویة أحادیة التشتت بمتوسط حجم یتراوح من 1.7 ± 0.2 نانومتر إلى 9.1 ± 0.1 نانومتر. أشارت النتائج إلى أن أجنة الذھب (Au) نمت إلى كتل نانویة كبیرة من خلال آلیة تصادم ثنائیة الجسم.
بعد ذلك، تم إجراء التركیب التصاعدي لنمو أسلاك الجرمانیوم تیلیوراید النانویة التي یتم التحكم في حجمھا عن طریق تحفیز الذھب بتقنیة البخار والسائل والصلب (VLS) عن طریق التحكم في المعطیات المختلفة، وھي ضغط النمو ومعدل تدفق الغاز الخامل ووقت النمو ودرجة حرارة النمو، ونوع الركیزة المستخدمة. تم إنتاج أسلاك الجرمانیوم تیلیوراید النانویة بمتوسط قطر یبلغ ~ 13 نانومتر، وھو الأصغر الذي تم الإبلاغ عنه حتى الآن .
تم استخدام تقنیات توصیف مختلفة لتوصیف أسلاك الجرمانیوم تیلیوراید النانویة وكتل الذھب النانویة (Au nanoclusters)، مثل المجھر الإلكتروني النافذ (TEM)، والفحص المجھري الإلكتروني (SEM)، والتحلیل الطیفي لفقدان الطاقة الإلكترونیة (EELS)، وحیود الأشعة السینیة (GIXRD)، ... ، إلخ.

Download

Included in

Chemistry Commons

COinS