新型纳米复合存储材料的制备及光致相变性能研究方面取得新进展

 相变随机存储器（PRAM）因其具有非易失性、非破坏性读出、存取速度快、与CMOS工艺兼容等优点而成为下一代存储器的候选者之一。它能克服DRAM、SRAM易失性和弥补FLASH擦写速度慢的缺点。但是PRAM也面临着一些问题，如如何降低操作电流和功耗，进一步提高存储速度等。为此，我室针对相变随机存储技术中的关键问题，提出一种新型纳米复合相变存储薄膜材料。利用双靶磁控溅射法将介质材料ZnO与相变材料Sb₂Te₃在纳米尺度下复合，制备出具有自主知识产权的新型(ZnO)_x(Sb₂Te₃)_1-x复合存储材料；利用原位R-T实时测试薄膜的阻变特性。通过X射线光电子能谱分析技术研究了薄膜中引入ZnO中的Zn和O原子在薄膜中存在的形式及具体作用，利用高分辨透射电镜发现ZnO与Sb₂Te₃复合形成了一种独特的非晶状网格（非晶相ZnO围绕晶相Sb₂Te₃），ZnO能将相变的区域均匀有效地分隔成微小的区域，从而提升薄膜结晶化进程中的相变速度。利用纳米脉冲相变静态检测仪通过光学转换性精确地记录了复合材料的结晶化进程，获得了在激光脉冲作用下，薄膜从非晶到晶态的转变时间阈值，达到稳定存在状态时间以及相变过程的物理机制。实验结果表明纳米复合非晶(ZnO)_5.22(Sb₂Te₃)_94.78薄膜在纳米脉冲激光诱导下实现了可逆光致相变过程且循环稳定，最快晶化速度仅10ns，有望应用于高速的光盘及PRAM中。相关工作发表在国际著名期刊ACS Applied Materials & Interfaces, 2014, 6 (11): 8488–8496上。

相关链接：DOI: 10.1021/am501345x

图1 (a) (ZnO)_5.22(Sb₂Te₃)_94.78 薄膜光学常数随激光功率和脉冲时间变化关系; (b) 相变材料的功率-时间-效果图（PTE diagram）; (c) 可逆相变循环特性.