相變存儲材料GexTe1-x非晶結構的解析.pdf

1、自從S.R.Ovshinsky在硫系薄膜中發(fā)現(xiàn)有序-無序排列的記憶效應后，相變材料就引起了世界各國的廣泛重視。隨后，人們利用相變材料的這個特性發(fā)展出相變存儲器，它是依靠相變材料在晶態(tài)和非晶態(tài)之間快速相互轉化時所表現(xiàn)出來的導電性（光反射率）差異來存儲數(shù)據(jù)。由于其優(yōu)良的性能，相變存儲器被認為是最具有發(fā)展?jié)摿Φ南乱淮菗]發(fā)性存儲設備。然而，人們目前對于相變存儲材料的理解，尤其是從原子層次上理解相變機制，還不夠深入。這嚴重阻礙了新材料的發(fā)展與應

2、用。
　　 結構問題，尤其是非晶結構，是深入理解相變機制的前提和關鍵。然而，由于非晶結構的多樣性和復雜性，當前對于非晶結構的研究還存在著許多問題。本論文綜合利用透射電子顯微學分析方法（明場像、選區(qū)電子衍射、X射線能量色散譜和電子能量損失譜等），結合逆蒙特卡洛模擬，對二元相變存儲材料GexTe1-x非晶體系的原子結構，結構隨成分的演化，以及相變機制進行了系統(tǒng)的研究，具體內容如下:
　　 首先，研究了劑量比GeTe薄膜的非晶

3、結構。短程序:研究表明四面體Ge和八面體Ge構型共同存在于非晶結構中。其中19％的Ge原子采取四面體構型，其構型中的四個鍵基本上都是短鍵;而其余的Ge原子為八面體構型（缺陷八面體），可以用3+n來表示，其中包括3個短鍵和n個長鍵。中程序:研究表明Ge-(GekTen)配位多面體通過Ge-Ge同極鍵形成以Ge原子為核心，Te原子為殼層的“團簇”結構。偏對分布函數(shù)表明，這些“團簇”結構正是GeTe非晶結構的中程序起源。它們彼此之間通過共享T

4、e原子連接形成非晶網(wǎng)絡，并且留下了大量的(9.0％)“空位”，這些“空位”在相變過程中起了非常重要的作用。
　　 然后，研究了非劑量比GexTe1-x薄膜的非晶結構。研究表明Ge原子含量對非晶結構具有很強的調制作用，這些結構的變化直接影響到材料的結晶行為，對我們尋找合適的相變材料有重要的指導意義。1、它能夠調制非晶的局部構型。隨著Ge原子含量的減少，Ge-Ge同極鍵越來越少，而Te-Te同極鍵越來越多，且非晶中四面體Ge構型越來

5、越多。當Ge原子含量從50％減少到30％時，四面體Ge構型的比例從19％增加到38％。2、它能夠調制非晶的中程序結構，即“團簇”結構。隨著Ge原子含量的減少，各類“團簇”的比例和連接方式都發(fā)生了變化，即第一類“團簇”越來越多，第四類“團簇”越來越少，而其它兩類“團簇”變化相對較小。它們之間的連接方式也逐漸從單純的共享外層Te原子連接變成共享外層Te原子和/或Te-Te鍵連接。3、它能夠調制Te原子的分布。隨著Ge原子含量的減少，只與Te

6、原子成鍵的Te原子越來越多，且當Ge原子含量從40％減少到30％時，它們從彌散分布變成扎堆聚集分布，而劑量比GeTe沒有這種Te原子。4、它能夠調制“空位”的大小和體積。隨著Ge原子含量的減少，“總的空位體積”和“大空位(體積大于35(A)3)”的數(shù)量相應增加，當Ge原子含量從50％減少到30％時，“總的空位體積”從9.0％增加到17.5％。
　　 最后，基于非晶態(tài)和晶態(tài)的結構比較，我們探討了以“同極鍵”和“空位”為主導的相變機