近日，我室硕士研究生杨子林（第一作者）与王国祥特聘研究员（通讯作者）在国际权威期刊《Ceramics International》（IF = 5.6）上发表题为“Achieving Ultralow Resistance Drift and Enhanced Thermal Stability in Ti-Doped GeSb₉ Alloys for Phase-Change Memory”的研究论文，文章链接：https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2026.04.163。该成果为相变存储材料在高可靠、低功耗场景下的应用开辟了新路径。

       随着人工智能、大数据、边缘计算等算力密集型应用的爆发式增长，传统存储体系在密度、速度与能耗等方面正面临日益严峻的物理极限挑战。相变存储器（PCM）凭借其高速读写、非易失性、高耐久性及与CMOS工艺天然兼容等核心优势，被公认为下一代存储技术的有力竞争者。然而，以Ge₂Sb₂Te₅（GST）为代表的传统相变材料，长期受困于热稳定性欠佳、电阻漂移显著及循环可靠性不足等瓶颈，严重制约了PCM在高性能计算和极端环境中的规模化部署。

       近年来，无碲锑基合金因其组分简约、结晶动力学优异及本征电阻漂移较低而备受瞩目。其中，GeSb₉材料凭借典型的生长主导型结晶机制，展现出卓越的相变响应速率。然而，其热稳定性与电阻漂移之间的博弈关系仍未有效破解，成为制约其走向实用化的关键科学难题。针对这一挑战，本研究创新性地引入Ti元素对GeSb₉进行掺杂改性，从原子尺度重构材料局域结构。实验表明，Ti掺杂可系统性提升GeSb₉薄膜的综合性能。在最优组分Ti₁₃.₁₁(GeSb₉)₈₆.₈₉中，结晶温度由纯GeSb₉的175 ℃显著跃升至235 ℃，十年数据保持温度提升至156.8 ℃，热稳定性实现质的飞跃。尤为关键的是，电阻漂移系数由0.00192急剧下降至0.00011，达到迄今报道的超低漂移水平，成功实现了热稳定性与数据可靠性的协同优化（图1）。

       图1 (a) 电阻随温度变化，(b) 十年数据保持力，(c) 电阻漂移行为

       X射线光电子能谱（XPS）分析深入揭示了性能提升的物理根源：Ti掺杂后形成高键能的Ti—Sb化学键，有效锚定非晶网络，显著抑制原子重排与结构弛豫过程，从而大幅削弱电阻漂移。同时，Ti元素能够有效抑制Sb晶粒的异常长大，促使薄膜维持更为细密、均匀的微观组织，进一步保障了器件的一致性与稳定性。结晶动力学研究表明，纯GeSb₉及Ti掺杂GeSb₉薄膜均遵循一维扩散控制生长模式；随着Ti掺杂浓度升高，结晶动力学指数n由0.88逐步降至0.67，成核指数由0.38下降至0.17，表明Ti掺杂有效遏制了随机成核行为，使结晶过程更趋有序可控（图2）。

图2 JMA结晶动力学分析

       本研究通过精准的Ti掺杂策略，首次在GeSb₉体系中实现了热稳定性与电阻漂移性能的“双优”突破，构建的Ti—Ge—Sb薄膜材料兼具高抗热退化能力、超低噪声漂移特性和优异的结晶可调性，为高可靠、低功耗相变存储器的设计提供了切实可行的材料方案。该成果不仅深化了对锑基相变材料结构弛豫与结晶动力学的底层认知，更为面向存算一体、神经形态计算及高密度非易失存储器等下一代信息技术的材料创新，奠定了坚实的科学与工程基础。这一进展标志着我国在新型存储材料前沿方向上再次迈出关键一步，有望推动PCM技术从实验室走向更广泛的产业应用。