2024年7月30日，《Advanced Functional Materials》在線刊發了我院童浩/缪向水教授團隊在基于原子層沉積技術的高可靠超晶格相變存儲器方面最新研究成果“High-Stability Van Der Waals Structures of GeTe/Sb₂Te₃ Superlattices for 100X Increased Durability Phase-Change Memory (PCM) by Low Temperature Atomic Layer Deposition”。

圖1 傳統沉積方法形成垂直納米顆粒結構的示意圖

三維相變存儲器（3D PCM）作為一種新興的非易失性存儲器技術，因其優異的電學性能和産業化潛力而備受關注，有望作為存儲器内存（SCM）颠覆現有存儲架構。前期大量研究表明基于GeTe/Sb₂Te₃超晶格材料的3D PCM在速度、功耗和壽命等方面都表現出遠優于傳統GeSbTe的性能，能顯著提升3D PCM在内存領域的競争力，但目前因界面混合（mix）互擴散帶來的循環/溫度穩定性問題，其産業化進展并不順利。業界普遍認為，超晶格薄膜中範德瓦爾斯間隙結構的存在對其性能起着關鍵作用。然而，傳統沉積過程中Sb₂Te₃晶粒擠壓形成的随機取向垂直納米顆粒結構，以及在高溫沉積條件下GeTe和Sb₂Te₃之間的混合（mix），會嚴重影響超晶格相變材料的性能，解決這些技術挑戰對于推動超晶格相變存儲器的産業化落地至關重要。

圖2 降低Sb₂Te₃薄膜不規則垂直納米顆粒結構堆積的方法示意圖

因此，研究團隊創新性地提出低溫原子層沉積技術，解決了Sb₂Te₃晶粒的随機取向和不規則垂直納米顆粒結構疊加問題。該方法可獲得具有高穩定性範德瓦爾斯間隙結構的Sb₂Te₃晶體薄膜，利用這些高織構Sb₂Te₃薄膜的誘導生長作用，在僅為90℃的低溫下制備了具有擇優晶體取向的超晶格薄膜。

圖3 優化後的超晶格相變存儲器的性能提升

經過優化的超晶格薄膜在300℃退火後表現出顯著的結構穩定性，并有效減緩了在電脈沖操作過程下合金相的出現，從而使器件的耐久性提高了100倍。該工作闡明了超晶格相變材料的界面混合（mix）機制，提出了基于新型低溫ALD的超晶格相變材料沉積方案，解決了制約超晶格3D PCM産業化的循環/溫度穩定性問題，為提升3D PCM在内存領域的競争力提供了一種新思路。

該工作得到了國家重點研發計劃、國家自然科學基金和湖北省傑出青年基金項目以及華為公司的資助。我院童浩教授為通訊作者，我院博士生朱榮江為第一作者，6774澳门永利為論文第一完成單位。

文章鍊接

High‐Stability van Der Waals Structures of GeTe/Sb₂Te₃ Superlattices for 100× Increased Durability Phase‐Change Memory (PCM) by Low‐Temperature Atomic Layer Deposition

https://doi.org/10.1002/adfm.202408897