近日，來自中科院上海微系統與信息技術研究所和上海交通大學的朱敏教授團隊在材料科學頭部期刊《Advanced Functional Materials》上發表了一項重要研究成果。該論文題為“Volatile to Non-Volatile Switching Transition in Chalcogenides"，展示了Ge-Te二元系統中三種電學開關行為的轉變機制。本文中，來自賽默飛納米港的應用專家葛青親和史南南利用ESCALAB 250Xi XPS協助研究團隊完成了關鍵表征工作。該研究不僅揭示了該材料叢揮發性到非揮發性轉換的內在機制，還為高密度三維存儲提供了一種替代方案，具有潛在的應用價值。
隨著全球數據量的爆炸性增長和人工智能技術的快速發展，對高速、海量數據存儲的需求日益迫切。傳統存儲設備（如內存和固態硬盤）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），利用其在導電晶態和高阻無定形態之間的快速、可逆相變實現數據存儲；開關單元由雙向閾值開關材料（如Ge-S、Ge-Te、Ge-Se）構成，在關閉狀態下抑制漏電流和串擾，同時在開啟時驅動存儲單元工作。
本文揭示了Ge-Te二元系統中存在的三種電學開關行為：雙向閾值開關（Ovonic Threshold Switch，OTS)、相變存儲（Phase-Change Memory, PCM）和相變開關（Phase-Change Switch, PCS)。研究發現，Ge-Te系統中的電學特性可以從OTS（揮發性）向PCM（非揮發性）轉變，主要歸因于結晶速度的顯著提升；而提高材料的非晶形成能力和結晶溫度，可使PCS轉變為OTS行為。此外，本研究成功實現了GeTe16相變開關（PCS）和GeTe相變存儲（PCM）的三維堆疊，替代了傳統的OTS+PCM堆疊方案，為三維存儲架構提供了新的技術路線。
在這一研究中，賽默飛的ESCALAB 250Xi X射線光電子能譜儀發揮了關鍵作用。利用紫外光電子能譜功能(UPS)，對Ge-Te 薄膜進行表征，得到材料的電子結構和能量參數信息，為研究材料的電學性能和開關機制提供了關鍵信息。測試結果發現，從 GeTe 到GeTe16，功函數隨 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。同時結合UPS得到的功函數信息計算得到，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在器件中表現出低漏電流的原因，為解釋器件的電學性能提供了理論依據。
賽默飛的先進設備在科研中的應用再次得到了證明。ESCALAB 250Xi不僅為研究團隊提供了高精度的數據支持，還幫助他們揭示了Ge-Te二元系統中的關鍵機制。這些成果進一步展示了賽默飛在推動科學研究和技術創新方面的貢獻。我們期待未來有更多的科研工作者借助賽默飛的先進儀器，探索未知領域，實現更多突破性的發現。
3
立即詢價
您提交后，專屬客服將第一時間為您服務