近日,，來自中科院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所和上海交通大學(xué)的朱敏教授團(tuán)隊(duì)在材料科學(xué)頭部期刊《Advanced Functional Materials》上發(fā)表了一項(xiàng)重要研究成果,。該論文題為“Volatile to Non-Volatile Switching Transition in Chalcogenides"，展示了Ge-Te二元系統(tǒng)中三種電學(xué)開關(guān)行為的轉(zhuǎn)變機(jī)制,。本文中,，來自賽默飛納米港的應(yīng)用專家葛青親和史南南利用ESCALAB 250Xi XPS協(xié)助研究團(tuán)隊(duì)完成了關(guān)鍵表征工作。該研究不僅揭示了該材料叢揮發(fā)性到非揮發(fā)性轉(zhuǎn)換的內(nèi)在機(jī)制,，還為高密度三維存儲提供了一種替代方案,，具有潛在的應(yīng)用價值。
隨著全球數(shù)據(jù)量的爆炸性增長和人工智能技術(shù)的快速發(fā)展,，對高速,、海量數(shù)據(jù)存儲的需求日益迫切。傳統(tǒng)存儲設(shè)備（如內(nèi)存和固態(tài)硬盤）已難以滿足這一需求,，而三維相變存儲器憑借其大容量和高速讀寫特性,，有望成為理想的解決方案。三維相變存儲器主要由存儲單元和開關(guān)單元組成：存儲單元采用相變材料（Ge-Sb-Te,、GeTe等硫系化物）,，利用其在導(dǎo)電晶態(tài)和高阻無定形態(tài)之間的快速、可逆相變實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲,；開關(guān)單元由雙向閾值開關(guān)材料（如Ge-S,、Ge-Te、Ge-Se）構(gòu)成,，在關(guān)閉狀態(tài)下抑制漏電流和串?dāng)_,，同時在開啟時驅(qū)動存儲單元工作。
本文揭示了Ge-Te二元系統(tǒng)中存在的三種電學(xué)開關(guān)行為：雙向閾值開關(guān)（Ovonic Threshold Switch,，OTS),、相變存儲（Phase-Change Memory, PCM）和相變開關(guān)（Phase-Change Switch, PCS)。研究發(fā)現(xiàn),，Ge-Te系統(tǒng)中的電學(xué)特性可以從OTS（揮發(fā)性）向PCM（非揮發(fā)性）轉(zhuǎn)變,，主要?dú)w因于結(jié)晶速度的顯著提升；而提高材料的非晶形成能力和結(jié)晶溫度，可使PCS轉(zhuǎn)變?yōu)镺TS行為,。此外,，本研究成功實(shí)現(xiàn)了GeTe16相變開關(guān)（PCS）和GeTe相變存儲（PCM）的三維堆疊，替代了傳統(tǒng)的OTS+PCM堆疊方案,，為三維存儲架構(gòu)提供了新的技術(shù)路線,。
在這一研究中，賽默飛的ESCALAB 250Xi X射線光電子能譜儀發(fā)揮了關(guān)鍵作用,。利用紫外光電子能譜功能(UPS),，對Ge-Te 薄膜進(jìn)行表征，得到材料的電子結(jié)構(gòu)和能量參數(shù)信息,，為研究材料的電學(xué)性能和開關(guān)機(jī)制提供了關(guān)鍵信息,。測試結(jié)果發(fā)現(xiàn)，從 GeTe 到GeTe16,，功函數(shù)隨 Te 含量增加而減小,，但下降很小( ＜0.2eV)。這表明 Te 含量的改變對材料的電子逸出功有一定影響,，進(jìn)而影響材料與電極之間的相互作用和電子傳輸特性,。同時結(jié)合UPS得到的功函數(shù)信息計(jì)算得到，GeTe16具有較高的價帶頂位置（0.43eV）,，使得肖特基勢壘高達(dá)約 1.57eV,，這有效地抑制了漏電流（約2.5×10?8A），很好地解釋了GeTe16在器件中表現(xiàn)出低漏電流的原因,，為解釋器件的電學(xué)性能提供了理論依據(jù),。
賽默飛的先進(jìn)設(shè)備在科研中的應(yīng)用再次得到了證明。ESCALAB 250Xi不僅為研究團(tuán)隊(duì)提供了高精度的數(shù)據(jù)支持,，還幫助他們揭示了Ge-Te二元系統(tǒng)中的關(guān)鍵機(jī)制,。這些成果進(jìn)一步展示了賽默飛在推動科學(xué)研究和技術(shù)創(chuàng)新方面的貢獻(xiàn)。我們期待未來有更多的科研工作者借助賽默飛的先進(jìn)儀器,，探索未知領(lǐng)域,，實(shí)現(xiàn)更多突破性的發(fā)現(xiàn)。
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