【摘 要】
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相变存储器（phase change memory,PCM）是最具潜力的新型存储器之一,在速度、集成度等方面具有显著优势,但其大规模应用仍受功耗较大等因素制约。目前主要通过一些新型结构设计减小接触面积来降低功耗,但往往引起工艺成本的大幅度增加,本文通过引入电化学法制备相变材料,可灵活调控沉积材料的结晶形态,无需额外的光刻工艺即可制备出小尺寸相变纳米线,从材料优化角度最大限度地降低PCM功耗。论文的
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相变存储器（phase change memory,PCM）是最具潜力的新型存储器之一,在速度、集成度等方面具有显著优势,但其大规模应用仍受功耗较大等因素制约。目前主要通过一些新型结构设计减小接触面积来降低功耗,但往往引起工艺成本的大幅度增加,本文通过引入电化学法制备相变材料,可灵活调控沉积材料的结晶形态,无需额外的光刻工艺即可制备出小尺寸相变纳米线,从材料优化角度最大限度地降低PCM功耗。论文的主要内容包括:（1）系统地研究了相变材料的电化学制备工艺,优化得到结晶良好、纯度较高的Bi2Te3相变纳米线。比较了不同衬底制备出的晶粒大小,优先选取耐腐蚀、粒度小的衬底进行沉积;研究了反应PH值对材料致密度的影响,并通过添加EDTA络合剂提高材料的结晶程度;优化了制备提纯步骤,大大减少了样品内的杂质数量。（2）针对基于电化学法的Bi2Te3纳米器件制备难点,设计并比较了FIB加工、介电电泳法及分散法制备纳米线横向器件的方案,最终通过分散法制备出了性能稳定的纳米线存储器件。所制备的器件表现出超低功耗特性（Reset功耗9 f J）,同时还能保持较大的高低阻比值以及良好的循环特性。（3）基于微观表征和第一性原理计算研究了上述Bi2Te3纳米相变存储器件的工作机制。通过透射电镜观测到纳米线中存在特殊的晶态/非晶交叠结构,并采用第一性原理计算发现这种交叠结构可能是由于沉积过程中引入的C基团阻碍了结晶过程,增大了器件晶态电阻,使得器件功耗显著降低,在此基础上进一步阐述了该类器件中的失效机制。
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