二维GeTe纳米片的物理气相合成及相变研究

发布时间：2020-07-03 03:49

【摘要】：碲化锗(GeTe)是一种IV-VI族窄带隙半导体,在相变存储、热电、铁电等多个热点领域表现出优异的性能和广阔的应用前景。作为相变材料中的重要组成部分,GeTe可以实现高电阻率的非晶相和低电阻率的晶相之间的可逆相变,因此在相变存储领域有着巨大的潜在应用价值。相比于体材料,GeTe纳米材料不仅具有更优异的热稳定性和擦/写速度,而且也符合当前高密度存储的发展趋势。但目前尚未有合成二维单晶GeTe的相关报道,关于其在相变存储领域的应用也暂无人涉及。因此探索二维GeTe单晶纳米片制备方法,并在此基础上研究其相变存储性能具有非常重要的意义。基于此,本文主要开展了二维GeTe单晶纳米片的合成及其双稳态晶相-晶相的可逆相变等方面的研究工作,主要研究内容如下:1.首次制备非中心对称的R3m相GeTe单晶纳米片。通过引入空间限域辅助,采用物理气相沉积法首次合成了高质量的二维GeTe纳米片。利用SEM、TEM、拉曼光谱证明了合成的二维GeTe纳米片为菱方结构的R3m相,并具有纯净度高、结晶质量好等优点。通过角分辨偏振拉曼测试分析了GeTe纳米片拉曼特征峰的振动模式,采用SHG测试证实了其非中心对称结构和灵敏的二阶非线性光学响应,偏振SHG测试进一步确认了其属于R3m相晶体结构。2.首次发现了二维GeTe纳米片中双稳态晶相-晶相的可逆相变。通过检测变温TEM、拉曼、SHG及电学测试中GeTe纳米片在高温作用下晶体结构和光学、电学性质的变化,来验证初始R3m晶相向终态t-R3m晶相的转变。施加脉冲电压以实现GeTe纳米片双稳态R3m晶相和t-R3m晶相之间的可逆相变,并通过相应的拉曼、SHG及电学测试表征可逆相变过程中伴随着显著的光学和电学性质变化。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN304
【图文】：

三元相图,硫属,相变材料,三元相图

图 1-2 硫属相变材料体系三元相图及发展应用历程[2]了上述的几个材料体系之外，为了进一步提升相变存储器的操作速度、等性能指标，研究人员开展了越来越多的新型硫属相变材料的研发工作用新的元素种类与原有材料的元素组合，比如 GaSbTe[21]、GaSbSe[22]、另一方面，在原有材料体系基础上掺杂入其他单质或化合物进行改性也要的研究方向，其中得到广泛研究的材料包括 WGeTe[24]等，它们在某些的表现具有一定的突破，有些具有较高的数据保持能力，有些具有较快有些大大降低了阈值电压，甚至能够超过 Ge-Sb-Te 材料体系。人们从不面表现的相变特性角度出发，进而在有特殊应用要求的相应领域开发拓统相变存储器一般都是基于硫属相变材料中高电阻率的非晶相和低电间的可逆相变。以当前具有最优综合性能的 Ge2Sb2Te5材料为例，将其非晶相转变为共振键合的亚稳态立方晶相，可将电阻率降低三个数量级

HRTEM图像,耐久性,插图,特性曲线

13图 1-3 a, b) In2Se3用于 RESET (a) 和 SET (b) 程序的 ID-VPROG特性曲线；c) In2Se3的耐久性测试；d-f) In2Se3处于原始 (d)、SET (e) 和 RESET (f) 状态的横截面 HRTEM 图像，插图为放大的 HRTEM 图像[28]经过这些年对硫属相变材料的广泛而深入的研究，科研人员们在选择材料组分、优化相变存储器各项性能指标等多个方面的探索已经取得了重大的进展与突破，但要解决相变材料结晶速度和数据保持能力的固有矛盾，开发更全面高性能的相变存储器还有很长的一段路要走。因此，为了突破目前硫属相变材料的应用瓶颈，进一步提升相变存储器的综合性能，推动 PCRAM 产业化进程的不断加速，还需要研究人员们的不断尝试与探索。

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