硫系相变材料Ge1Sb2Te4和Ge2Sb2Te5薄膜相变速度及电学输运性质研究

利用磁控溅射方法制备了Ge1Sb2Te4和Ge2Sb2Te5两种相变存贮材料的薄膜.原位X射线衍射(XRD)的结果表明,随着退火温度的升高,Ge1Sb2Te4和Ge2Sb2Te5薄膜都逐步晶化,材料结构发生了从非晶态到面心立方结构、再到六角密堆结构的转变.由衍射峰的半宽高可以看出,在达到第一次相变温度后,Ge2Sb2T...     

Ag掺杂对Ge_2Sb_2Te_5结晶行为的影响

通过磁控溅射仪制备了Ge2Sb2Te5(GST)和Ag10.6(GST)89.4薄膜,利用X射线衍射(XRD)、电阻-温度(RT)测试、透射电子显微学以及径向分布函数(RDF)等方法对比研究了GST和Ag10.6(GST)89.4的结晶过程和微观结构及其演化的差异。发现掺Ag的薄膜非晶态、晶态电阻均比GST更高,而且结晶过程只有非晶相到面心立方相(fcc)的转变,没有出现GST的非晶到fcc再到六方相(hcp)的过程,XRD分析进一步证实了这一结果。同时,透射电镜原位加热实验证实了在300℃时,Ag10.6(GST)89.4仍然保持着fcc结构,而GST中已经出现了hcp相。通过统计230℃下时效处理的晶态薄膜的晶粒尺寸,发现Ag10.6(GST)89.4的平均晶粒尺寸小于Ge2Sb2Te5薄膜的,这可能是造成其晶态电阻高于GST的主要原因。     

硅离子注入对Ge2Sb2Te5结构和电阻的影响

采用磁控射频溅射法制备了Ge2Sb2Te5薄膜,利用离子注入法研究了硅掺杂对薄膜结构和电阻性能的影响.研究发现,由于硅的掺杂,Ge2Sb2Te5薄膜的结构不仅保留了原有的面心立方低温晶相和六方高温晶相,而且出现了菱形六面体的Sb2Te3晶相;掺杂硅后,Ge2Sb2Te5薄膜的电阻有较大变化,晶态电阻的提高有利于降低非晶化相变过程的操作电流,薄膜电阻-温度稳定性的改善可保证有较宽的操作电流波动范围.     

硅离子注入对Ge2Sb2Te5结构和电阻的影响

采用磁控射频溅射法制备了Ge2Sb2Te5薄膜，利用离子注入法研究了硅掺杂对薄膜结构和电阻性能的影响. 研究发现，由于硅的掺杂，Ge2Sb2Te5薄膜的结构不仅保留了原有的面心立方低温晶相和六方高温晶相，而且出现了菱形六面体的Sb2Te3晶相；掺杂硅后，Ge2Sb2Te5薄膜的电阻有较大变化，晶态电阻的提高有利于降低非晶化相变过程的操作电流，薄膜电阻-温度稳定性的改善可保证有较宽的操作电流波动范围.     

硅离子注入对Ge2Sb2Te5结构和电阻的影响

采用磁控射频溅射法制备了Ge2Sb2Te5薄膜,利用离子注入法研究了硅掺杂对薄膜结构和电阻性能的影响.研究发现,由于硅的掺杂,Ge2Sb2Te5薄膜的结构不仅保留了原有的面心立方低温晶相和六方高温晶相,而且出现了菱形六面体的Sb2Te3晶相;掺杂硅后,Ge2Sb2Te5薄膜的电阻有较大变化,晶态电阻的提高有利于降低非晶化相变过程的操作电流,薄膜电阻-温度稳定性的改善可保证有较宽的操作电流波动范围.     

生长温度对Ge2Sb2Te5薄膜的相变行为以及微观结构的影响

采用射频磁控溅射方法，分别在玻璃和具有本征氧化层的Si（100）基片上制备了Ge2Sb2Te5相变薄膜。利用X射线衍射仪、扫描电镜（SEM）、原子力显微镜（AFM）、紫外分光光度计等对薄膜进行了表征，研究了不同生长温度（室温～300℃）的Ge2Sb2Te5薄膜的表面形貌和结晶特性。分析结果表明：室温沉积的薄膜为非晶态；沉积温度为100℃～250℃时，薄膜转变为晶粒尺度约14nm的面心立方结构；300℃～350℃沉积的薄膜有少量的六方相出现。薄膜表面粗糙度随着沉积温度的升高逐渐递增，且薄膜的反射率变化与表面粗糙度有直接的关系。     

掺Ge ZnSe的稳恒光电导及其局域性效应

在一定的温度以下,某些半导体材料的光电导效应在激发光源撤去以后会持久地保持下去,当温度升高超过这个温度(称为淬变温度)以后,这种持续的光电导现象会消除,称为稳恒光电导现象.而且这种光电导效应具有很强的局域性.采用电学测量方法,通过测量激光照射前后电导率随温度的变化研究了掺Ge的ZnSe的稳恒光电导效应,结果发现淬变温度高达210K的稳恒光电导效应.并通过研究光电阻随光照位置变化的趋势研究了这种光电导的局域性特性,结果发现在淬变温度以上局域性随稳恒光电导消失而消失.     

掺GeZnSe的稳恒光电导及其局域性效应

在一定的温度以下 ,某些半导体材料的光电导效应在激发光源撤去以后会持久地保持下去 ,当温度升高超过这个温度 (称为淬变温度 )以后 ,这种持续的光电导现象会消除 ,称为稳恒光电导现象 .而且这种光电导效应具有很强的局域性 .采用电学测量方法 ,通过测量激光照射前后电导率随温度的变化研究了掺 Ge的 Zn Se的稳恒光电导效应 ,结果发现淬变温度高达 2 1 0 K的稳恒光电导效应 .并通过研究光电阻随光照位置变化的趋势研究了这种光电导的局域性特性 ,结果发现在淬变温度以上局域性随稳恒光电导消失而消失     

非晶多晶薄膜结构快速能量过滤径向分布函数分析

介绍研究薄膜结构的新方法—能量过滤电子衍射法。该方法借助透射电镜样品后扫描，使薄膜的选区电子衍射花样顺序地扫过电子能量损失谱仪入口光阑，检测弹性散射电子强度与散射矢量关系，然后由径向分布函数理论，导出薄膜材料的最近邻原子间距和配位数等与结构有关的信息。通过多晶金薄膜和非晶钛铝薄膜的测试，获得满意结果。     

非晶多晶薄膜结构快速有量过滤径向分布函数分析

介绍研究薄膜的新方法－－能量过滤电子衍射法，该方法借助透射电镜样品后扫描，薄膜的选区电子衍射花样顺序地扫过电子能量损失谱仪入口光闽，检测弹性散射电子强度与散射矢量关系，然后由径向分布函数理论，导出薄膜材料的最近邻原子间距和配位数等与结构有关的信息。通过多晶金薄膜和非晶钛铝薄膜的测试，获得满意结果。     

单脉冲飞秒激光作用下晶态GeSb2Te4相变薄膜的非晶化过程

利用飞秒激光的抽运探测技术，研究了单脉冲飞秒激光作用下GeSb2Te4相变薄膜的非晶化过程，测量了相变薄膜的时间分辨光学显微图。所研究的系统为多层薄膜结构100 nm ZnS-SiO2/ 35 nm GeSb2Te4 /120 nm ZnS-SiO2/0.6 mm ，飞秒激光的脉冲宽度为108 fs，波长为800 nm。实验发现相变薄膜从晶态至非晶态的相转变过程可以在 2.6 ns内完成。讨论了相变薄膜的厚度对系统的热传递、快速凝固过程的影响，分析了相关热过程和热效应，解释了抽运探测实验数据，并探讨了单脉冲飞秒激光诱导相变薄膜非晶化的机制。     

A nonvolatile memory based on reversible phase changes between fcc and hcp

A nonvolatile memory technology utilizing reversible changes between fcc and hcp crystalline phases is proposed. In this new type of phase-change memory, data are stored in different forms of crystalline phases of (Ge/sub 1/Sb/sub 2/Te/sub 4/)/sub 0.8/(Sn/sub 1/Bi/sub 2/Te/sub 4/)/sub 0.2/ chalcogenide alloy. RESET operation produces the less conductive metastable fcc phase via melt-quenching from the more conductive stable hcp phase and SET operation involves a phase change from fcc directly to hcp. Both RESET and SET operations can be completed as fast as 70 ns with large changes in cell resistance.     

Physicochemical Interactions in the GeSb2Te4–PbSb2Te4 System

Semiconductors - For the first time, the GeSb2Te4–PbSb2Te4 section of the GeTe–Sb2Te3–PbTe quasi-ternary system is investigated by complex methods of physicochemical analysis...     

相变材料Ge2Sb2Te5的性质及其面向新型数据存储的应用

信息时代产生的海量数据驱动着计算机存储架构的革新,高性能的非易失性存储器和存算一体的神经形态计算成为存储体系的发展方向。首先,介绍了相变材料Ge2Sb2Te5的阻变性质的机理与应用,详细阐述了相变存储器的发展以及神经形态计算的实现。然后,讨论了基于Ge2Sb2Te5铁电性质的存储器、基于Ge2Sb2Te5介电性质的光子存储单元和基于Ge2Sb2Te5应变作用的高迁移率晶体管。最后,讨论了Ge2Sb2Te5和n型硅等材料的异质结结构在器件中的应用。基于Ge2Sb2Te5材料多种特性的新型存储器件必将在未来存算一体的数据处理中扮演重要的角色。     

The Roles of the Ge‐Te Core Network and the Sb‐Te Pseudo Network During Rapid Nucleation‐Dominated Crystallization of Amorphous Ge2Sb2Te5

Ge₂Sb₂Te₅ (GST) has demonstrated its outstanding importance among rapid phase‐change (PC) materials, being applied for optical and electrical data storage for over three decades. The mechanism of nanosecond phase change in GST, which is vital for its application, has long been disputed: various, quite diverse scenarios have been proposed on the basis of various experimental and theoretical approaches. Nevertheless, one central question still remains unanswered: why is amorphous GST stable at room temperature for long time while it can rapidly transform to the crystalline phase at high temperature? Here it is revealed for the first time, by modelling the amorphous structure based on synchrotron radiation anomalous X‐ray scattering data, that germanium and tellurium atoms form a “core” Ge‐Te network with ring formation. It is also suggested that the Ge‐Te network can stabilize the amorphous phase at room temperature and can persist in the crystalline phase. On the other hand, antimony does not contribute to ring formation but constitutes a “pseudo” network with tellurium, in which the characteristic Sb–Te distance is somewhat longer than the covalent Sb–Te bond distance. This suggests that the Sb‐Te pseudo network may act as a precursor to forming critical nuclei during the crystallization process. The findings conclude that the Ge‐Te core network is responsible for the outstanding stability and rapid phase change of the amorphous phase while the Sb‐Te pseudo network is responsible for triggering critical nucleation.     

Si2Sb2Te5 phase change material studied by an atomic force microscope nano-tip

The Si2Sb2Te5 phase change material has been studied by applying a nano-tip (30 nm in diameter) on an atomic force microscopy system. Memory switching from a high resistance state to a low resistance state has been achieved, with a resistance change of about 1000 times. In a typical Ⅰ-Ⅴ curve, the current increases significantly after the voltage exceeds～4.3 V. The phase transformation of a Si2Sb2Te5 film was studied in situ by means of in situ X-ray diffraction and temperature dependent resistance measurements. The thermal stability of Si2Sb2Te5 and Ge2Sb2Te5 was characterized and compared as well.     

初始化条件对Ge2Sb2Te5相变光盘反射率和载噪比的影响

Ge2 Sb2 Te5相变光盘的反射率对比度和载噪比受初始化条件影响很大。研究表明 ,反射率对比度在转速比较低时随功率增加而增大 ,而转速较高时随功率增加而减小 ;反射率对比度基本随转速增加而减小 ,不同波长处的反射率对比度相差比较大 ;载噪比随初始化功率和转速的增加都是先增大后减小 ;最佳初始化条件为 :功率为 110 0～ 130 0mW ,转速为 3 0～ 4 2m s。     

Ge2Sb2Te5的电化学特性及化学机械抛光

从电化学角度研究了Ge2Sb2Te5薄膜在化学机械抛光液中的作用，以及不同的pH值和H2O2浓度下的电化学特性. 采用Solartron SI1287电化学设备测试了Ge2Sb2Te5薄膜在溶液中的开路电位和动电位扫描. 开路电位结果表明：Ge2Sb2Te5在pH值为10的抛光液中表现出钝化行为；而抛光液的pH值为11时，开始向活化转变；当pH值为12时，薄膜处于活化状态. 在动电位扫描过程中，不同的pH值和H2O2浓度下，薄膜的扫描曲线形状相似，表明薄膜腐蚀具有相同的反应机理. 自制碱性抛光液，对Ge2Sb2Te5薄膜进行化学机械抛光，用SEM和EDS对抛光后的结构进行分析. 结果表明，通过CMP实现了Ge2Sb2Te5填充结构.     

钛掺杂对Ge2Sb2Te5薄膜相变特性的改善

利用椭偏光谱术与XRD对钛掺杂Ge2Sb2Te5薄膜中钛元素对体系的光学性质及其微结构的影响进行了实验研究。进而对该薄膜进行的变温阻抗实验表明,钛掺杂Ge2Sb2Te5薄膜与未掺杂的薄膜相比具有更好的热稳定性。基于对薄膜样品的数据保持能力测试的实验数据,经阿伦纽斯外推处理可知,钛掺杂Ge2Sb2Te5薄膜样品的10年数据保持温度要高于未掺杂Ge2Sb2Te5薄膜样品。本文的实验结果均证实,钛掺杂Ge2Sb2Te5薄膜更适合应用于相变随机存取存储器中。