近日，我室研究生何安逸（第一作者）和王国祥特聘研究员（通讯作者）在期刊Ceramics International（IF=5.1）上在线发表了题为“Multi-layer Heterojunction Phase Change Thin Films With Extremely Low Resistance Drift”2024，50(22):45658-45664的文章，文章链接：10.1016/j.ceramint.2024.08.405.

       信息技术的迅猛进步为传统信息存储技术的转型带来了显著挑战。新兴存储器类型，诸如FeRAM、RRAM以及PCRAM，已崭露头角，它们能够在技术上高效地记录和处理海量信息。其中，非易失性相变存储器（PCRAM）通过非晶相与晶相在反射率和电阻率上的显著差异，实现了热驱动下的可逆RESET-SET过程，有望应用于相变神经元突触器件中。

       PCRAM器件的性能深受存储单元中相变材料内在特性的影响。Ge2Sb2Te5（GST），作为一种两步结晶的三元相变材料，因其快速的结晶速率（约50ns）、卓越的热稳定性及高存储密度，近年来成为PCRAM中的典型相变层。然而，GST中的Te元素在制造过程中对环境及人体健康构成潜在威胁，其较低的熔化温度和较高的蒸汽压可能导致相分离，降低PCRAM的稳定性。此外，非晶GST存在较大的电阻漂移（约0.11），以及循环操作过程中易产生纳米孔洞，严重制约了PCRAM器件在多级存储方面的实用性，进而阻碍了其在存储和计算机集成领域的广泛应用。相比之下，GeSb9避免了Te的缺点，并具有低功耗特性，有助于降低器件功耗，使基于GeSb9的存储设备在便携式和移动应用中更具优势。

       本研究采用磁控溅射法制备了GeSb9/Ga3Sb7 5周期多层薄膜，旨在探究不同循环厚度比下该多层薄膜的热稳定性、电阻漂移系数以及微观结构的变化，以确定具有超低电阻漂移和高热稳定性的多周期相变薄膜的最佳厚度比。研究结果显示，[GeSb9(6nm)/Ga3Sb7(10nm)]₅多层相变薄膜相较于传统的GST和GeSb9，具有更高的结晶温度（约205℃）和极低的电阻漂移系数（0.0004）。通过对薄膜的结晶行为和结合进行分析，揭示了其内在机制、热稳定性以及界面效应。晶体机理分析表明，该多层相变薄膜的Avrami指数为0.904，显示出一维生长特征。界面的存在改变了晶体的结晶行为，使得生长模式从扩散控制转变为界面控制，再回归扩散控制。这一转变显著降低了成核指数（m≤0.16），最大限度地减少了薄膜本身的固有随机性，从而实现了极低的电阻漂移。本研究表明，[GeSb9(6nm)/Ga3Sb7(10nm)]₅多层相变材料在相变存储器领域具有广泛的应用前景。