【摘 要】
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相变存储器（PCM）由于其低功耗、高密度以及良好的兼容性等优点已经被认为是下一代最有前景的非易失性存储器之一。作为相变存储器的核心,相变材料在结晶速度和热稳定性等方面仍存在不足。例如,传统的Ge-Sb-Te硫系化合物（Ge2Sb2Te5）在相变存储器的应用研究中已经十分普遍,但热稳定性较差以及熔点较高等问题限制了其进一步商用。近年来,许多新型的相变材料被提出来,其中包括Sb及Ge2Te相变薄膜。S
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相变存储器（PCM）由于其低功耗、高密度以及良好的兼容性等优点已经被认为是下一代最有前景的非易失性存储器之一。作为相变存储器的核心,相变材料在结晶速度和热稳定性等方面仍存在不足。例如,传统的Ge-Sb-Te硫系化合物（Ge2Sb2Te5）在相变存储器的应用研究中已经十分普遍,但热稳定性较差以及熔点较高等问题限制了其进一步商用。近年来,许多新型的相变材料被提出来,其中包括Sb及Ge2Te相变薄膜。Sb薄膜由于其超快的相变速度引起了广泛关注,但是爆炸式的结晶机制导致了Sb薄膜存在热稳定性较差的问题。Ge2Te薄膜具有较大的开关比以及较高的热稳定性,但是相变速度有待提高。基于上述Sb以及Ge2Te相变材料存在的问题,本文对Sb和Ge2Te相变薄膜进行了系统的掺杂改性研究,以优化相变存储器在热稳定性以及功耗等方面的性能。本论文主要的研究结果如下:（1）Sb-VO2相变薄膜的性能研究。掺杂VO2后,Sb薄膜的热稳定性得到了显著提高。组分为（VO2）25Sb75薄膜的结晶温度以及10年数据保持温度分别可以达到238℃和145℃。这是因为掺杂后,VO2的网格框架限制了Sb晶粒生长,使得薄膜的结晶机制从爆炸式结晶转变为成核为主的结晶机制,从而提高了薄膜的热稳定性。加入VO2后,出现大量的Sb-VO2晶界,提高了薄膜的晶态电阻,有助于降低功耗。晶态和非晶态的光学带隙都随着VO2掺杂含量的增加而增大,有利于减小阈值电流。这些结果为基于简单组分来构建高稳定性和高速相变存储器奠定了材料基础。（2）Zr掺杂后Ge2Te相变薄膜的性能研究。研究结果表明,掺杂后组分为（Ge2Te）80Zr20薄膜的结晶温度及10年数据保持温度分别可以高达334℃和233℃,远高于纯的Ge2Te薄膜（220℃和108℃）,表明热稳定性改善显著,主要原因是Zr掺杂后形成了更稳定的Zr-Ge和Zr-Te键。从热稳定性及结晶速度的角度,优化出（Ge2Te）88Zr12组分,其光学带隙比Ge2Te薄膜的大,容易在非晶态中形成陷阱态,有利于完成非晶态到晶态的转变。
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