碲化锗(GeTe)是一种由锗(Ge)和碲(Te)组成的化合物溅射靶材,主要用于磁控溅射(PVD)、电子束蒸发等薄膜沉积工艺。其独特的相变特性、热电性能、铁电性等物理性质,使其在相变存储器、热电转换、红外探测、锂离子电池等领域具有重要应用。
一、GeTe靶材的特性
1. 相变特性
- GeTe在晶态(α-GeTe)和非晶态(β-GeTe)之间可快速转换,相变温度约为725°C,适用于相变存储(PCRAM)应用。
- 相变过程中电阻率变化显著(~3-4个数量级),可用于高密度存储器件。
2. 热电性能优异
- 具有较高的热电优值(ZT值),在中高温热电材料中表现突出(ZT可达2.0以上)。
- 通过掺杂(如In、Bi、Cu)可优化载流子迁移率,提高热电转换效率。
3. 窄带隙与高载流子迁移率
- 带隙约0.6 eV,适合红外光电探测应用。
- 高载流子迁移率(~100 cm²/V·s),适用于高速电子器件。
4. 铁电性与自旋电子学应用
- 具有铁电性,可用于非易失性存储器(FeRAM)。
- 在自旋电子学中表现出自旋轨道耦合效应,可用于新型存储与逻辑器件。
5. 高纯度与可调成分
- 工业级GeTe靶材纯度≥99.99%,高端应用(如半导体)可达99.999%以上。
- 可通过掺杂(如Pb、Bi、In)优化电学与热学性能。
二、GeTe靶材的主要用途
1. 相变存储器(PCRAM)
- 利用晶态-非晶态电阻差异实现数据存储,具有高速度、低功耗、高耐久性等优势。
2. 热电转换器件
- 用于废热发电、固态制冷,在航空航天、汽车废热回收等领域有应用潜力。
3. 红外光电探测器
- 窄带隙使其适用于红外光探测,可用于夜视、热成像等。
4. 锂/钠/钾离子电池负极材料
- 单层GeTe具有高理论比容量(Li: 535.4 mAh/g,Na: 669.2 mAh/g,K: 1070.72 mAh/g),适用于高倍率电池。
5. 自旋电子学与量子计算
- 可用于自旋轨道耦合器件、拓扑量子计算材料的研究。
三、最新发展趋势
- n型掺杂优化:通过Bi、In等元素掺杂提高热电性能。
- 柔性GeTe薄膜:用于可穿戴热电设备。
- 量子点GeTe:用于高效光电探测器
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