多态存储相变材料GeSbTe合金的结构性能关系与相变机制研究

The rapid and reversible phase transitions in phse change materials (PCMs) are the basis of nonvolatile memory devices. The significant differences in the electrical and optical properties between the crystalline and amorphous phases have been used for high density, fast speed, and non-volatile data storage. GeSbTe alloys,one the most important PCMs, have attracted considerable attention due to their high switching rate and extremely good reversibility, as well as the potential application in multi-level data storage. Using advanced transimission electron microscopy (in-situ TEM, Nano- even Astrong- scaled diffraction and imaging techniques, fluctuation electron microscopy, and atomic scale EELS etc.), combined with ab initio molecule dynamics (AIMD) simulations, t his project aims to decode the structure evolution in the phase change process under the thermal annealing and laser irradiation conditions. The structural analysis will focus on the local atomic structure, vacancies and distortions in crystallines, and the local atomic configuration and medium range order (MRO) in amorphous phase. AIMD will concentrate on the bond states and electronic band structure analysis. This project will play a vital role in understanding the structure-property relationship and ultrafast phase transition of PCMs, and thus the development of faster and more reliable PCMs.

相变存储材料由于其优异的性能，在存储技术领域起到无可替代的作用。2011年，研究发现，GeSbTe合金在多态存储发明具有很大的应用潜力。本项目旨在探索相变材料GeSbTe合金的相变机理和影响相变材料性能的主要因素，为探索新材料，发展新应用（如多态存储）提供理论依据。本项目拟综合利用现代透射电子显微学方法，辅助第一性原理计算和逆蒙特卡罗模拟，在微纳米及亚埃（原子）尺度下，研究GeSbTe合金晶体相和非晶相的结构，及热激发状态下和激光辐照下晶体与非晶相变过程中结构的演化（结构分析包括晶体中原子的局域构型、空位、畸变及它们之间的相互作用，以及非晶的局域结构和中程有序分析），分析成键状态及电子结构的变化，揭示相变过程中结构和相应的物理特性的变化，从而阐明GeSbTe相变机制。

相变存储材料由于其优异的性能，在存储技术领域起到无可替代的作用。近年来研究发现，Ge-Sb-Te合金在多态存储发明具有很大的应用潜力。本项目旨在探索相变材料GeSbTe合金的相变机理和影响相变材料性能的主要因素，为探索新材料，发展新应用（如多态存储）提供理论依据。本项目综合利用现代透射电子显微学方法，辅助第一性原理计算和逆蒙特卡罗模拟，在微纳米及亚埃（原子）尺度下，研究了Ge-Sb-Te合金晶体相和非晶相的结构，及热激发状态下和激光辐照下晶体与非晶相变过程中结构的演化，分析了成键状态及电子结构的变化，并从原子层次上提出了Ge-Sb-Te合金的相变机制。具体研究包括以下几个方面：1. Ge原子含量对非晶GexTe1-x 结构的调控；2. Sb含量对GeTe-Sb相变薄膜电学性能和微观结构的影响；3. 相变材料（GeTe、GeSbTe）非晶态原子及电子结构；4. 相变材料相变（非晶化）机制；5. 时效机制对GeSb2Te4亚稳相结构的影响。