【摘 要】
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随着数据量的爆炸式增长,对信息存储器的容量、速度、热稳定性和功耗等提出了更加严苛的要求。相变存储器（Phase Chang Random Access Memory,PCRAM）作为一种综合性能优异的新型非易失性半导体存储技术,具有广泛的应用前景。PCRAM的核心是相变材料,典型的材料包括Ge-Sb-Te和Sb-Te系列,它们各具优势,但非晶热稳定性较差,难以应用于高温领域。过渡金属掺杂是改善PC
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随着数据量的爆炸式增长,对信息存储器的容量、速度、热稳定性和功耗等提出了更加严苛的要求。相变存储器（Phase Chang Random Access Memory,PCRAM）作为一种综合性能优异的新型非易失性半导体存储技术,具有广泛的应用前景。PCRAM的核心是相变材料,典型的材料包括Ge-Sb-Te和Sb-Te系列,它们各具优势,但非晶热稳定性较差,难以应用于高温领域。过渡金属掺杂是改善PCRAM性能的有效策略,但掺杂元素筛选、组分优化及其潜在的增强机制仍有待研究。本论文通过磁控溅射制备了Cr掺杂Sb2Te材料,针对不同应用领域的温度要求,分别优选了两种组分CrxSb2Te材料,通过对材料结构的分析并结合第一性原理计算深入探索了掺杂元素的增强机制。并在此基础上进一步制备了新型C/Cr共掺Sb2Te相变材料,详细研究了C、Cr元素对存储性能的影响及增强机制。主要结论如下:（1）Cr0.29Sb2Te相变材料性能表征、存储特性及其相变机理。优选出适用于消费电子(T10-year@85℃)领域的Cr0.29Sb2Te相变材料,具有较好的数据保持力(T10-year@110.1℃),低密度变化率（3.8%）和高可逆开关速度（5 ns）。第一性原理计算表明,Cr原子优先取代Sb1位点,与Te原子键合生成Cr-Te键,展现出更强的离子键特性,因此能够有效提高其结晶温度。此外,分子动力学模拟表明,非晶相中Cr原子位于有缺陷的八面体配位中,随着Cr掺杂,单极Sb-Sb键的数量增多,Cr原子倾向于在非晶相中形成团簇,有利于改善相变速度。（2）Cr0.40Sb2Te相变材料性能表征、存储特性及其热稳定性增强机制。优选出适用于汽车电子(T10-year@120℃)领域的Cr0.40Sb2Te相变材料,表现出良好的数据保持能力(T10-year@137.1℃)、低密度变化率（2.8%）和较高的相变速度（10 ns）。通过双球差透射电子显微镜原子级结构分析可知,Cr-Sb或Cr-Te强键的形成是材料热稳定性提高的主要因素。此外,Cr元素掺杂后强烈抑制了结晶过程,细化了晶粒,从而导致较低的密度变化率。（3）C1.19Cr0.23Sb2Te相变材料性能表征及其存储特性。优选出适用于军用电子(T10-year@150℃)领域的C1.19Cr0.23Sb2Te相变材料,表现出优异的数据保力(T10-year@155.0℃),较低的密度变化率（1.8%）以及快速的相变速度（4 ns）。结果表明,C1.19Cr0.23Sb2Te材料结晶后仍是六方相并保持较小的晶粒尺寸。并且,C、Cr掺杂后倾向于在晶相中形成原子级团簇。
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