【摘 要】
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随着云计算、人工智能、5G等技术的飞速发展,全球数据存储量不断扩大,对存储器的存储密度提出了更高需求。相变存储器（PCRAM）因其具有读写速度快、功耗低、可实现多级存储并且有良好的兼容性等特点,被认为是下一代最有前景的新型非易失性存储器之一。但是传统的相变存储器在存储尺寸和存储密度等技术方面发展上遇到瓶颈,而新型三维堆叠存储器（3D X-point）因采用存储单元（OMS）与阈值选通单元（OTS）
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随着云计算、人工智能、5G等技术的飞速发展,全球数据存储量不断扩大,对存储器的存储密度提出了更高需求。相变存储器（PCRAM）因其具有读写速度快、功耗低、可实现多级存储并且有良好的兼容性等特点,被认为是下一代最有前景的新型非易失性存储器之一。但是传统的相变存储器在存储尺寸和存储密度等技术方面发展上遇到瓶颈,而新型三维堆叠存储器（3D X-point）因采用存储单元（OMS）与阈值选通单元（OTS）相互堆叠的结构适用于高密度以及异质集成应用领域。相变存储材料作为3D X-point PCRAM的核心关键介质,其性能的好坏直接关系到器件特性。本文主要研究具有亚稳态的相变存储介质的绝缘-金属转变及其电阻特性以适用于改善存储器朝着更高存储密度方向发展。主要研究内容如下:1、制备了新型的In2S3掺杂的Ge2Sb2Te5（GST）薄膜,并研究了它们的结构,电学和热学行为。结果证实,随着In2S3掺杂浓度从3.33 at.%增加到4.4 at.%,GST的结晶温度从180℃升高到210℃,而当In2S3的含量从7.77 at.%升高到9.35 at.%时,GST的结晶温度从185℃降低到170℃。结果表明,In2S3掺杂浓度为4.4 at.%的GST薄膜在所有薄膜中具有最佳的热稳定性。同时,结构分析表明,所有In2S3掺杂的GST薄膜在退火后都可以表现出与具有中间面心立方和热力学六方密堆结构的GST相似的两步结晶行为。更重要的是,我们在GST薄膜中发现了绝缘-金属转变（IMT）过程。适度的In2S3掺杂浓度可以扩大亚稳相的存在温度范围,与GST相比,这可以使我们调节多级存储特性。2、将In2S3与Sb相结合,制备出不同掺杂含量的纳米复合材料,并对其性能和结构进行了研究。研究结果表明,当In2S3掺杂含量较少时,复合薄膜呈现出良好的相变材料特性,拥有较高的热稳定性和结晶温度。当In2S3掺杂含量达到69.1 at.%时,结晶温度明显提高至280℃,且根据电阻-温度测试并记录冷却时的电阻发现,电阻随着温度自然冷却出现了电阻的可逆轻微回升,表现出良好半导体向金属转变特性。此外,非晶样品的透过率和光学带隙随着In2S3掺杂含量的增多而越来越大,这有利于降低阈值电流。通过对Sb30.9（In2S3）69.1薄膜的I-V测试发现具有良好的双向阈值电压特性,阈值电压为1.3 V,阈值电流为5 n A。3、进行了双层GeTe/Sb2Te异质结构薄膜的研究,探索了其结晶性质和结构。研究发现不同厚度比的异质结薄膜出现了亚稳电阻态。三态的存在可进一步增加相变材料的存储密度。并且（Ge Te）45nm/（Sb2Te）55nm的异质结,具有更高的热稳定性。处于非晶态时也具有更宽的光学带隙,这有利于降低器件的阈值电流。SET阈值电压为1.1 V,阈值电流为600 n A。此外,通过调控Ge Te和Sb2Te层薄膜的厚度,（Ge Te）100nm/（Sb2Te）80nm、（Ge Te）60nm/（Sb2Te）80nm和（Ge Te）45nm/（Sb2Te）55nm电阻漂移系数分别为0.004、0.005和0.007,远低于传统的GST（0.11）,Ge Te（0.065）和Sb2Te（0.007）,这有望降低器件循环操作过程中非晶态的电阻漂移。
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