Ge/Sb混合对GeTe/Sb2Te3超晶格结构和相变过程影响的研究

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基于Ge Te-Sb2Te3的超晶格(GST-SL)材料相较于传统的Ge2Sb2Te5材料显示出了更为优秀的开关性能,GST-SL的RESET电流和功耗均得到了降低,并且循环性更好,从而受到了人们的关注。然而,最近的实验表明,在制备GST-SL超晶格时几乎不避免会发生Ge/Sb原子混合现象,混合现象会影响相变过程,并且会对目前流行的基于理想模型的Ge原子翻转相变机制提出挑战。因此本文首先基于理想模型的结构构建了不同混合比例的混合模型,然后通过第一性原理分子动力学模拟计算,研究了Ge/Sb原子混合对GST-SL局部结构和相变过程的影响,丰富了Ge/Sb原子混合对GST-SL结构变化影响的认知。主要研究内容如下:(1)通过统计在加热过程中混合模型的自由能随温度的变化,发现相比于未混合模型,混合模型的自由能随着温度的增加存在突变的过程,并且在混合比例为50/50的时候,自由能突变所需的温度最低。(2)通过模拟的局部有序参数表明,随着淬火温度的增加,在熔融淬火过程中有更多的以Ge原子为中心的有缺陷的八面体而不是四面体形成;通过ELF分析发现,相同横截面上的不对称原子间的相互作用是导致以Ge为中心的六配位数八面体畸变的主要原因。(3)通过分析淬火后的混合模型的DOS图,发现经过淬火后的带隙变窄是由于共存Ge/Te原子层的出现;另外原子移动变化表明,不同的混合比例影响着结构的初始变化,当混合比例为25/75的时候,会出现Sb原子跳跃的现象。(4)当混合比例为25/75时,在熔融和结晶过程中,KM模型的结构是更为稳定的,相变过程是通过Sb原子在范德瓦尔斯间隙的翻转实现的。
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