GeTe–Al?Te?合金的结构-性能关系及其相变特性

《Materials Research Bulletin》：Structure-property relationships and phase-change properties of GeTe–Al?Te? alloys

Al2Te3合金化增强相变薄膜热稳定性和电阻率对比

　　

R. Kemparaju| Rohit|Siddhant Singh|Akila Prabhudesai|M. Madesh Kumar|K. Ramesh

印度卡纳塔克邦班加罗尔REVA大学应用科学学院物理系，邮编560064

摘要

本文研究了成分范围为0 ≤ x ≤ 60的(GeTe)_100-x(Al₂Te₃)_x薄膜的电学开关特性和相变特性。当对非晶态(GeTe)_100-x(Al₂Te₃)_x薄膜进行加热时，它们会结晶为GeTe和Te相。未观察到含有Al的晶体相；而熔融淬火的块状样品在Al₂Te₃浓度较高（x ≥ 30）时显示出Al₂Te₃晶体相的存在。随着Al₂Te₃含量的增加，非晶态向晶体态的转变温度也随之升高，表明其热稳定性得到了提升。非晶态与晶体态之间的电阻率对比度增加了一个数量级。由于Al₂Te₃的加入，器件在更低的电流下即可切换，这意味着写入操作所需的功率显著降低。这些发现凸显了Al₂Te₃合金在调节电阻率对比度、晶体结构、光学带隙、转变温度和阈值电压方面的潜力，从而为开发低功耗、高性能的相变存储材料提供了有希望的途径。

章节摘要

引言

全球对数据存储和处理需求的快速增长推动了先进非易失性存储技术和神经形态计算技术的研究[1]。在各种材料平台中，硫属化合物相变材料（PCMs）因其快速切换速度、可扩展性和技术成熟度而受到了广泛关注，这一点从最近基于PCM的设备的商业化中得到了证实[2,3]。在PCM设备中，活性材料会在不同状态之间切换。

实验方法

采用熔融淬火法制备了不同Al₂Te₃含量的(GeTe)_100-x(Al₂Te₃)_x块状合金，其中x的取值为0、10、20、30、40、50、55和60。按照化学计量比称量Ge、Te和Al，并将其转移到清洁的石英安瓿中，然后在10?⁶ Torr的高真空环境下密封。这些安瓿被放置在摇动炉中，温度以100°C/h的速率逐渐升高至950°C并保持12小时。在此期间，炉子持续摇动24小时以确保均匀加热。

X射线衍射研究

图1显示了淬火后的(GeTe)_100-x(Al₂Te₃)_x样品的X射线衍射（XRD）图谱。对于GeTe（x = 0），衍射峰与标准ICSD图谱（ICDD-00-047-1079）完全吻合，证实其具有菱形结构（R3m-H空间群），且Te以次要相的形式存在（ICDD-00-047-1079）。随着Al₂Te₃含量的增加，衍射峰变宽，2θ峰位置发生偏移。峰宽的增加归因于...（此处原文信息缺失）

光学研究

图8(a-h)展示了沉积态和退火后的GeTe及(GeTe)_100-x(Al₂Te₃)_x样品的UV-VIS-NIR透射光谱。沉积态GeTe薄膜的吸收边位于1087 nm处，随着Al₂Te₃含量的增加，吸收边向较短波长（更高能量）移动。具体而言，当x=10时，吸收边移至905 nm（见图8b）。这种蓝移伴随着透射峰值的增加，表明带隙变宽。

结论

本研究探讨了(GeTe)_100-x(Al₂Te₃)_x合金的相变存储特性。Al₂Te₃的添加提高了GeTe薄膜的热稳定性，表现为更高的结晶温度（T_c），这对高温下的存储应用非常有利，并增强了非晶态与晶体态之间的对比度。XRD分析表明，GeTe样品主要呈现菱形结构。

作者声明

Kemparaju负责实验、数据分析及主要手稿的撰写。 Rohit与Kemparaju共同进行了实验，并协助撰写了手稿。 Siddhant Singh参与了光学性质的分析。 Akila Prabhudesai参与了样品制备，并与Kemparaju一起进行了实验，同时协助撰写了手稿。 M. Madesh Kumar负责手稿的指导、审阅和编辑工作。 K. Ramesh负责资源获取和资金申请。

CRediT作者贡献声明

R. Kemparaju： 手稿撰写、审阅与编辑；原始草稿的撰写；数据分析；概念框架的构建。 Rohit： 手稿撰写、审阅与编辑；数据分析。 Siddhant Singh： 数据分析。 Akila Prabhudesai： 手稿撰写、审阅与编辑；数据分析。 M. Madesh Kumar： 手稿撰写、审阅与编辑；原始草稿的撰写；数据验证；概念框架的构建。 K. Ramesh： 手稿撰写、审阅与编辑；原始草稿的撰写；数据验证。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

作者感谢印度科技部（DST）通过项目EEQ/2021/000087提供的财政支持。R. Kemparaju和M. Madesh Kumar感谢REVA大学的所有支持。同时感谢班加罗尔印度科学研究院物理系的XRD表征工作，以及印度科学研究院纳米科学工程系的UV-VIS-IR和SEM设备支持。