相变存储材料sb2te3的密度研究
摘 要摘 要随着计算机技术的发展，信息存储技术也在以爆炸式的速度发展着，作为最有前景的下一代非挥发性存储技术——相变随机存储 (PCRAM)越来越受到人们的关注。相变存储器工作时，通过施加不同的电压，使相变存储材料(PCMs)在焦耳热作用下在非晶态和晶态之间进行可逆的转变。Sb-Te合金作为一种比较成熟的相变存储材料，在实际试验中得到了大量的应用。本文通过静滴法测量了Sb2Te3合金从固体到液体状态的密度，同时为了确定通过静滴法得到的结果的准确性，在室温下用阿基米德法测定了Sb2Te3合金的密度。研究结果表明，固体Sb2Te3合金的密度的减少与温度的增加呈线性关系。由于相变的原因，在熔化温度时出现了不连续的密度减小。在液体状态下，随着温度的提高，密度持续下降。同时，把实验得到的结果与已经发表的数据相比，发现大体趋势相似。通过密度的结果，可以计算得到Sb2Te3合金的体积在相变过程中改变约为10%，会导致相变存储器中的应力过大，影响实际应用中的寿命。因此在实际应用中，需要对该合金成分进行一定的调整和结构优化。关键字：相变存储材料、静滴法、Sb2Te3、密度 目录
第一章 绪论 1
1.1相变存储器概述 1
1.1.1存储器的分类及其比较 1
1.1.2相变存储器的发展 2
1.1.3相变存储器的工作原理 4
1.2 相变存储材料概述 6
1.3 相变材料的相变机理 8
1.4 SbTe合金相图 11
1.5 Sb2Te3晶体结构 11
1.6 高温熔体的密度测量 13
1.61静滴法 13
1.62膨胀计法 13
1.63比重瓶法 13
1.64阿基米德法 14
1.7 立题的背景和意义 14
第二章 实验 16
2.1样品制备 16
2.2静滴法测密度 16
Sb2Te3合金的密度是在氩气环境下从室温到973 K间隔约100 K来测量得到的。对于每一个合金，密度在每个温度至少测量三次。 19
2.3基底选择 19
2.4参数校准 19
2.5阿基米德法 20<
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
.7 立题的背景和意义 14
第二章 实验 16
2.1样品制备 16
2.2静滴法测密度 16
Sb2Te3合金的密度是在氩气环境下从室温到973 K间隔约100 K来测量得到的。对于每一个合金，密度在每个温度至少测量三次。 19
2.3基底选择 19
2.4参数校准 19
2.5阿基米德法 20
第三章 结果 22
3.1 基底选择 22
3.2 参数标定 23
3.3 密度结果 24
第四章 讨论 28
4.1与报告数据比较 28
4.2应用讨论 29
结论 31
致 谢 32
参 考 文 献 33
绪论
1.1相变存储器概述
1.1.1存储器的分类及其比较
存储器的形式有很多的式样，理论上来讲，要存储二进制的数据信息，就需要材料有两种不同的物理形态，而任何有上述特性的物质都可以作为相变存储材料来使用。目前使用的存储器按照材料性质主要分为：材料光学性质、磁学性质和半导体性质。然后利用这些性质实现对信息的存储，储存形式主要有光存储、磁存储和半导体存储三种。[1]如图11为有一种存储形式的分类及主要产品。
图11计算机存储分类[2，3]
常规的浮栅技术应用到目前为止，面临着许多由于材料本身或技术方面的原因造成的问题，如相邻单元之间的干扰、氧化层难以继续减薄等，而要解决这些问题，就需要新的闪存技术来解决这些问题，目前已经被提出的下一代非挥发性存储器主要有四类[3，4]：铁电随机存取存储器（FeRAM)、磁阻随机存取存储器（MRAM）、相变化随机存取存储器（PRAM)、电阻式非挥发性存储器（RRAM）。[4]
表12将各种非挥发性存储器的主要特性进行了归纳总结[57]。
项目
SRAM
DRAM
FLASH
FeRAM
MRAM
PRAM
单元尺寸（F2）
5080
812
411
416
620
58
非挥发性
否
否
是
是
是
是
读/写时间
8/8ns
50/50
ns
60ns/
200μs
80/80
ns
30/30
ns
50/10
ns
擦除时间
8ns
50ns
1100
ms(块）
80ns
30ns
50ns
破坏性读取
是
是
否
是
否
否
可擦写次数
＞1016
＞1016
105
＞1*1012
＞1*1014
＞1*1012
操作电压
1.1V
2.5V
1.21.5V
0.71V
＜1.5V
＜3V
多值存储
否
否
是
否
否
是
缩小化限制
6T
电容
隧穿氧化层
电容
电流密度
光刻
可缩小化尺度
＜130nm
＜30nm
~20nm
＜20nm
＜20nm
＜7nm
表12 现有主流内存技术和下一代存储技术之间的性能比较[4]
1.1.2相变存储器的发展
1968年奥弗辛斯基（Stanford Ovshinsky）发表了第一篇关于非晶体相变的论文，提出了一种存储器，这种存储器基于非晶体相变理论：材料在非晶体和晶体之间转换过程中，其结晶态和无定形态呈现不同的光学特性和电阻特性，这样就可以利用晶态和无定形态分别代表“1”和“0”，用以存储数据，即奥弗辛斯基电子效应。相变存储器（Phase Change Random Access Memory，PCRAM）就基于奥弗辛斯基效应的元件，又名奥弗辛斯基电效应统一存储器（(Ovonics Unified Memory，OUM)。[8，9]
随着计
第一章 绪论 1
1.1相变存储器概述 1
1.1.1存储器的分类及其比较 1
1.1.2相变存储器的发展 2
1.1.3相变存储器的工作原理 4
1.2 相变存储材料概述 6
1.3 相变材料的相变机理 8
1.4 SbTe合金相图 11
1.5 Sb2Te3晶体结构 11
1.6 高温熔体的密度测量 13
1.61静滴法 13
1.62膨胀计法 13
1.63比重瓶法 13
1.64阿基米德法 14
1.7 立题的背景和意义 14
第二章 实验 16
2.1样品制备 16
2.2静滴法测密度 16
Sb2Te3合金的密度是在氩气环境下从室温到973 K间隔约100 K来测量得到的。对于每一个合金，密度在每个温度至少测量三次。 19
2.3基底选择 19
2.4参数校准 19
2.5阿基米德法 20<
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
.7 立题的背景和意义 14
第二章 实验 16
2.1样品制备 16
2.2静滴法测密度 16
Sb2Te3合金的密度是在氩气环境下从室温到973 K间隔约100 K来测量得到的。对于每一个合金，密度在每个温度至少测量三次。 19
2.3基底选择 19
2.4参数校准 19
2.5阿基米德法 20
第三章 结果 22
3.1 基底选择 22
3.2 参数标定 23
3.3 密度结果 24
第四章 讨论 28
4.1与报告数据比较 28
4.2应用讨论 29
结论 31
致 谢 32
参 考 文 献 33
绪论
1.1相变存储器概述
1.1.1存储器的分类及其比较
存储器的形式有很多的式样，理论上来讲，要存储二进制的数据信息，就需要材料有两种不同的物理形态，而任何有上述特性的物质都可以作为相变存储材料来使用。目前使用的存储器按照材料性质主要分为：材料光学性质、磁学性质和半导体性质。然后利用这些性质实现对信息的存储，储存形式主要有光存储、磁存储和半导体存储三种。[1]如图11为有一种存储形式的分类及主要产品。
图11计算机存储分类[2，3]
常规的浮栅技术应用到目前为止，面临着许多由于材料本身或技术方面的原因造成的问题，如相邻单元之间的干扰、氧化层难以继续减薄等，而要解决这些问题，就需要新的闪存技术来解决这些问题，目前已经被提出的下一代非挥发性存储器主要有四类[3，4]：铁电随机存取存储器（FeRAM)、磁阻随机存取存储器（MRAM）、相变化随机存取存储器（PRAM)、电阻式非挥发性存储器（RRAM）。[4]
表12将各种非挥发性存储器的主要特性进行了归纳总结[57]。
项目
SRAM
DRAM
FLASH
FeRAM
MRAM
PRAM
单元尺寸（F2）
5080
812
411
416
620
58
非挥发性
否
否
是
是
是
是
读/写时间
8/8ns
50/50
ns
60ns/
200μs
80/80
ns
30/30
ns
50/10
ns
擦除时间
8ns
50ns
1100
ms(块）
80ns
30ns
50ns
破坏性读取
是
是
否
是
否
否
可擦写次数
＞1016
＞1016
105
＞1*1012
＞1*1014
＞1*1012
操作电压
1.1V
2.5V
1.21.5V
0.71V
＜1.5V
＜3V
多值存储
否
否
是
否
否
是
缩小化限制
6T
电容
隧穿氧化层
电容
电流密度
光刻
可缩小化尺度
＜130nm
＜30nm
~20nm
＜20nm
＜20nm
＜7nm
表12 现有主流内存技术和下一代存储技术之间的性能比较[4]
1.1.2相变存储器的发展
1968年奥弗辛斯基（Stanford Ovshinsky）发表了第一篇关于非晶体相变的论文，提出了一种存储器，这种存储器基于非晶体相变理论：材料在非晶体和晶体之间转换过程中，其结晶态和无定形态呈现不同的光学特性和电阻特性，这样就可以利用晶态和无定形态分别代表“1”和“0”，用以存储数据，即奥弗辛斯基电子效应。相变存储器（Phase Change Random Access Memory，PCRAM）就基于奥弗辛斯基效应的元件，又名奥弗辛斯基电效应统一存储器（(Ovonics Unified Memory，OUM)。[8，9]
随着计
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