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用于新型相变存储器的锗锑碲薄膜的结构和电学性质
引言
相变存储器是一种新型的非挥发性存储器，它的优点是密度高、耗电少、速度快、可扩展性强等。锗锑碲(GeSbTe)相变材料因为其良好的相变特性，在相变存储器中得到了广泛的应用。本文将主要介绍GeSbTe薄膜的结构和电学性质，并介绍了其在相变存储器中的应用。
锗锑碲薄膜的结构
GeSbTe相变材料通常是薄膜形式存在。随着薄膜材料的结构不同，GeSbTe具有不同的性质。GeSbTe的晶体结构可以分为两种：face-centeredcubic(FCC)和rocksalt(RS)结构。在FCC结构下，Ge、Sb和Te原子形成等间隙的立方体结构，FCC-GeSbTe主要是主要由Te和Sb构成的簇组成。在RS结构下，GeSbTe的结构类似于NaCl，Ge和Sb原子构成一个面心立方格子，而Te原子则位于八面体空隙中。FCC结构的GeSbTe材料具有更快的相变速度和更短的延迟时间，但较低的可靠性；而RS结构的GeSbTe薄膜具有更好的可靠性，但相变速度较低。
除了晶体结构外，薄膜厚度也是影响GeSbTe性能的重要因素之一。当GeSbTe薄膜厚度从20nm增加到100nm时，其电阻率将下降一个数量级。而且，随着厚度的增加，薄膜的结晶度将增加，因此会影响GeSbTe制备过程中相变的可逆性。
锗锑碲薄膜的电学性质
相变存储器的基本特性是电阻随温度的变化。GeSbTe在相变存储器中的应用是因为它显示了典型的金属－绝缘体转变特性。它的电阻变化范围可以高达3个数量级以上，响应速度为纳秒级别，这使其成为相变存储器的热门候选材料。
GeSbTe材料的相变是由于光学激发引起的加热产生的。当GeSbTe被照射时，集成电路中的电流会被改变，从而改变材料的结构和电学特性。相变不仅可以改变材料的电学特性，还可以改变材料的光学特性，如折射系数和反射率等。
研究表明，GeSbTe的基本电学性质与晶体结构密切相关。在FCC结构中，随着温度的升高，GeSbTe的电阻率会下降；而在RS结构中，随着温度的升高，电阻率会先下降，然后随着温度进一步升高而上升。此外，薄膜的厚度也会对GeSbTe的电学性质产生影响。随着厚度的增加，材料的电阻率会下降，在25nm时已经可以观察到金属-绝缘体转变。
在实际应用中，GeSbTe通常是用作对相变存储器中的单元进行编程和擦除操作。典型的编程操作是通过局部加热来实现的。由于GeSbTe的低电阻性质，在编程过程中可以通过加热来改变其相变状态。
锗锑碲薄膜的应用
GeSbTe作为一种理想的相变材料，已经被应用于相当多的相变存储器中。它具有简单的电子结构，自发极化和纳秒级响应速度。GeSbTe还可以实现多级稳定电阻，这使它成为在相变存储器中实现多级存储的有前途的材料。
经过改进的GeSbTe相变材料被用于制造快速随机存取存储器(RAM)。GeSbTe相变材料在RAM中的性能与基于DRAM的系统相媲美，但功耗和成本降低。
此外，GeSbTe的相变特性还可以应用于再生制冷。利用GeSbTe相变材料的相变特性，可以实现高效的响应式制冷技术，可节能、实用且无污染。
结论
GeSbTe相变材料在制造相变存储器中，已经取得了良好的应用。GeSbTe的相变特性被广泛研究，并利用其相变速度、延迟时间以及稳定性等优势，实现编程操作和擦除操作。GeSbTe相变材料经过改进可用于RAM，并可用于响应式制冷技术。未来，GeSbTe相变材料的应用范围将得到进一步的扩展。