Si基新型相变材料（Si-Sb-Te）及其器件基础研究

围绕相变存储所面临的高密度、低功耗等关键科学问题，提出具有自主知识产权的Si基Si-Sb-Te新型相变材料体系，并利用组合材料芯片技术结合配备测试装置的聚焦离子束（FIB）系统深入研究该材料体系。通过该技术平台，实现新材料与组份的快速、高效筛选，进一步考证新材料与器件的物理极限，为高密度存储奠定科学基础。通过第一性原理计算、Hall测量等手段从结构模型、能带、载流子迁移率等方面研究Si-Sb-Te材料体系的相变与结晶机理，分析材料与器件的失效机理。制备出基于优化组份的器件单元，器件单元的擦写操作时间小于100 ns，擦写次数大于1E5次，发生相变的临界电流低于1 mA，最大临界电压低于2 V。通过本项目的研究，开发具有自主知识产权的新材料、新结构与核心技术，加深对相变本质的理解，进一步澄清相变机制。

通过一系列实验研究，确定了Si-Sb-Te相变材料的最佳制备方法，在多靶磁控溅射系统中制备了不同组分的Si-Sb-Te薄膜；系统研究了Si2Sb2Te6相变材料，分析了Si2Sb2Te6相变材料的组份；对比分析了不同Te含量的Si2Sb2Tex材料，研究了Si2Sb2Tex材料薄膜的热学特性、不同升温速率下电阻与温度的关系、电阻随时间的变化特性；系统研究了SixSb2Te3相变材料，确定了该相变材料的最佳组份范围；在原位透射电子显微镜下研究了Si-Sb-Te材料的微结构特性，计算了Si-Sb-Te材料的激活能，分析了薄膜的数据保持力特性；研究了器件制备工艺与流程，打通了关键工艺，制备出基于SixSb2Te3材料的多种器件单元，研究了器件的电性能。为了研究Si掺杂对Sb2Te3材料的微观结构和宏观相变性能的影响、分析Si-Sb-Te相变材料的结构和可逆相变过程，结合实验研究结果，借助第一性原理计算和分子动力学模拟对其进行了研究。