研究背景
    全球快速增长的数据量对存储器性能提出了极高的要求，发展新型存储介质势在必行。在新型存储器中，相变存储是技术最成熟的存储技术之一。传统相变存储的数据擦除过程需将存储介质熔化快冷得到非晶玻璃态，而熔化过程产生了较高的器件操作功耗，制约了高密度相变存储技术的发展。近期，团队设计了一种基于锗-锑-氧合金（GSO）的“导电桥型”相变存储器（cbPCM），利用材料的自发分相在存储介质中形成由高阻态非晶网络包围多个低阻态纳米“晶体岛”的异质网络结构，仅通过切换“晶体岛”之间数纳米尺寸的“导电桥”即可实现数据的写入和擦除。但制备GSO合金时氧元素的掺杂量会极大影响薄膜的相变行为，因此需要系统性评估氧含量对于“非晶-晶体异质网络结构”的影响。

文章总结

    本工作使用磁控溅射方法基于Ge15Sb85制备了不同通氧量下的GSO合金薄膜，结合拉曼Raman光谱与光电子能谱XPS等分析方法揭示了非晶薄膜随氧掺杂发生的两步氧化过程，即氧元素优先与锗元素结合形成锗氧化物，其次是锑氧化物。在较低掺氧量时，非晶薄膜在SET操作后几乎完全结晶，氧化物引起的非晶畴对电学性能影响非常有限，器件表现为传统相变材料行为。而当掺氧量过高时，薄膜中的锗原子和锑原子均与氧原子成键形成稳定玻璃态结构，极大降低了富锑区域的结晶化能力，造成器件在较大的电脉冲下仍保持高阻态。而当掺氧量适中时，器件内部会形成以GeO2为主的非晶区域和以锑为主的晶体区域，二者构建成异质网络结构，两者之间数纳米尺寸的“导电桥”能够有效切换，使器件单元具有飞焦量级的超低擦写功耗。本工作厘清了氧元素掺杂量对cbPCM器件性能的影响，为低功耗相变存储器的进一步开发提供了基础。

未来展望
   “导电桥型”相变存储器的核心材料GSO相变薄膜能够使用磁控溅射制备，无需开发额外复杂的工序，可兼容现有相变存储器的量产工艺，将有助于推进高密度相变存储技术的开发。通过新材料设计与探索，可为调控相变介质的速度、功耗、漂移以及热稳定性等关键参数提供新思路，有望产生适用于通用式存储、嵌入式存储、类脑计算以及光电混合计算等不同应用场景的材料载体，进而推动相变存储技术的工程化进程。

团队介绍
    该工作由西安交通大学材料创新设计中心（CAID）的张伟教授、马恩教授研究组与华中科技大学信息存储研究所ISMD的徐明教授、缪向水教授团队共同完成，并以封面论文形式发表于Materials Futures 1, 045302 (2022)。论文第一作者为CAID王疆靖研究员与博士生王晓哲。

论文链接：http://materialsfutures.org/en/article/doi/10.1088/2752-5724/aca07b