【摘 要】
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相变存储器（PCRAM）因其擦写速度快、功耗低、尺寸可不断微缩等优点被认为是下一代存储器的有力竞争者,但是邻近单元间的热串扰成为阻碍其大规模商业化的主要问题,深入研究相变材料的热输运特性对于解决这一问题至关重要。目前关于相变材料热导率的研究,受制于没有简单可靠的薄膜面内热导率测试方法,多是将其当做各向同性材料处理,这种处理方式是片面且不准确的,因为实际相变薄膜的热导率具有显著的各向异性,且各向异性
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相变存储器（PCRAM）因其擦写速度快、功耗低、尺寸可不断微缩等优点被认为是下一代存储器的有力竞争者,但是邻近单元间的热串扰成为阻碍其大规模商业化的主要问题,深入研究相变材料的热输运特性对于解决这一问题至关重要。目前关于相变材料热导率的研究,受制于没有简单可靠的薄膜面内热导率测试方法,多是将其当做各向同性材料处理,这种处理方式是片面且不准确的,因为实际相变薄膜的热导率具有显著的各向异性,且各向异性受到结构中空位以及界面的影响。针对以上问题,本文选择了空位对相变过程贡献明显的Ge2Sb2Te5薄膜以及界面效应显著的GeTe/Sb2Te3超晶格薄膜作为研究对象,分别研究了空位和界面对热导率各向异性的影响,并结合第一性原理计算揭示了相应的物理机理,以期全面准确地了解相变薄膜材料的热输运特性,为解决PCRAM的热串扰问题提供理论指导。得到的主要结果如下:（1）进行了一系列空位有序度不同的Ge2Sb2Te5薄膜的热导率测试,发现了空位有序化对Ge2Sb2Te5薄膜各向异性热导率的影响规律:随着空位有序化程度的提高,Ge2Sb2Te5薄膜的纵向与面内热导率均增大,且热导率的各向异性也增大。构建了空位状态不同的晶态Ge2Sb2Te5模型,通过第一性原理计算得到了其声子特性,揭示了Te原子振动模式的低频迁移是空位有序化过程中Ge2Sb2Te5热导率增大的主要原因,进一步研究发现了光学支声子对热导率各向异性的增大起主要贡献。（2）进行了一系列界面数不同的GeTe/Sb2Te3超晶格薄膜的热导率测试,揭示了界面数对GeTe/Sb2Te3超晶格薄膜各向异性热导率的影响规律:由于运动方向不同的声子受界面散射的影响程度不同,超晶格薄膜的纵向与面内热导率随界面数的变化规律有所差异,但超晶格热导率的各向异性均大于其组元材料。通过第一性原理计算得到了超晶格的声子谱、声子态密度和分波态密度,揭示了组元材料晶格振动模式不匹配引起的界面散射是超晶格热导率减小的主要原因,进一步研究推断出超晶格热导率的各向异性主要受Sb原子和Te原子的光学振动模式的影响。
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