面向高密度存储应用的C掺杂Ti-Sb-Te材料的相变机制与性能研究

The Ti-Sb-Te (TST) based Phase Change Memory (PCM) has the advantages of high speed and low power consumption. However, the data retention of the TST based PCM can not meet the needs of high-end electronic products. In response to this problem, we propose to dope C element to improve the amorphous stability of the TST materials (Ti-Sb-Te-C, TSTC) and to develop PCM devices with high data retention. The main research involves: (1) to explore the mechanism of C atoms in the phase transition process of TSTC materials; (2) to study the properties of TSTC materials including the thermal stability, crystalline structure, energy band structure, etc. (3) to prepare the TSTC based PCM devices and verify the influence of doped C element on the device performance. The implementation of this project has important guiding significance for the development of a new generation PCM with high-density.

Ti-Sb-Te (TST)体系的相变存储器（Phase Change Memory, PCM）具有高速、低功耗的优点，但其十年数据保持力尚不能满足高端电子产品对数据存储的需求。针对该问题，申请人拟通过C元素掺杂提升TST材料（Ti-Sb-Te-C, TSTC）的非晶态稳定性，制备高保持力的相变存储器件。主要研究内容有：（1）探索C原子在TSTC非晶和晶态结构中的作用机制；（2）研究TSTC相变材料的热稳定性、能带结构、晶态结构等；（3）制备基于TSTC材料的PCM器件并验证C元素掺杂对器件性能的影响。该项目的实施对于研发新一代高密度存储的PCM具有重要的指导意义。

Ti-Sb-Te体系的相变存储器(Phase Change Memory; PCM)具有高速、低功耗的优点，但其十年数据保持力尚不能满足高端电子产品对数据存储的需求。作为NAND Flash的潜在替代者，基于Ti-Sb-Te的PCM必须具备更高的数据保持力才能满足新一代高密度存储的要求。针对该问题，项目通过第一性原理分子动力学计算研究了C掺杂Ti0.4Sb2Te3(TST)材料的相变机制，分析了C原子在TST晶格中的存在方式和对材料性能的影响；制备了C掺杂Ti0.4Sb2Te3薄膜材料，研究了不同C组分的薄膜的热稳定性，并通过Arrhennius方程研究推算出了不同掺杂组分的材料的10年数据保持力，并优选出C0.1(Ti0.4Sb2Te3)0.9(TSTC10%)新型相变材料；制备了基于TSTC10%的PCM器件，研究了器件的I-V特性、窗口特性以及疲劳擦写特性等电学性能，验证了C元素掺杂对高密度存储性能的提升，为最终实现新一代高密度存储的PCM奠定基础。