基於新型二元相變材料的相變存儲器原型器件研究

《基於新型二元相變材料的相變存儲器原型器件研究》是依託南京大學，由劉治國擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：基於新型二元相變材料的相變存儲器原型器件研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：劉治國
• 依託單位：南京大學

項目摘要

新型二元相變材料In2Te3及Ga2Te3與傳統的相變材料Ge-Sb-Te體系相比具有結晶溫度高、組分簡單及製備工藝易於控制等優點。本項目將利用脈衝雷射沉積法及電子束蒸發技術製備這兩類相變薄膜材料，利用高分辨透射電子顯微術及X－射線精細結構吸收譜研究這兩類材料的結構，並研究非晶態－結晶態之間轉變的動力學過程，為研究基於該類材料的相變存儲器原型器件的開關機理提供物理學依據。結合聚焦離子束刻蝕及磁控濺射技術製備相變存儲器原型器件，系統研究這兩類原型存儲器件的有效直徑、相變薄膜材料的厚度等因數對其開關特性的影響，研究脈衝電壓的幅值及脈寬對其開關特性的影響，研究不同環境溫度對原型存儲器件開關特性、保持特性及開關壽命的影響；研究原型存儲器件在不同的應力條件下的開關行為，保持特性及存儲壽命；運用光刻、反應離子束刻蝕及化學力學拋光技術等微電子加工工藝製備8×8的相變存儲器原型器件陣列。

結題摘要

本項目對二元相變材料GeTe4 、Sb2Te3 及三元相變材料Ge2Sb2Te5 (GST)的合成製備、基本物理參數、阻變特性及它們的應力和尺度效應開展了較深入的理論和實驗研究，取得以下主要成果：合成製備了一種新的二元相變材料 GeTe4及其原形相變存儲器件,它具有組分簡單，結晶溫度較高等優點; 合成製備了Sb2Te3 薄膜及單晶納米帶。應同行的要求對該材料在器件集成中的應力效應開展了理論和實驗研究。實驗結果表明，當壓強由一大氣壓升至0.377GPa時Sb2Te3的電阻率下降24.9%。第一性原理計算表明壓強增加可導致Sb2Te3晶格中的Te-Te鍵長度變小，從而引起禁帶變窄，這導致了電阻率的下降，理論計算和實際測量結果半定量的符合；與中芯國際公司合作對GST應力效應開展了理論和實驗研究,取得對器件設計和製作有重要意義的結果; 基於熱力學計算建立了相變材料GST納米管（線）和薄膜的相變行為隨尺寸變化的理論模型，推導出了GST納米管（線）和薄膜非晶-晶化發生的臨界尺寸的表達式, 小於此尺寸時非晶-晶化反應將不可能發生。這一尺寸實際上就是器件小型化的極限。