锗系材料原位变温结构检测及其相变机理探讨

摘要

从硫系相变材料被报道可用于半导体存储器之后,相变材料加速了相变存储技术的研究,并在上世纪80年代得到飞速发展。发展相变存储技术的关键在于研究性能较好的相变材料,而锗系化合物正是这样一类重要的相变材料。
　　本文采用原位变温XRD检测技术,对锗系相变材料在相变过程中晶体结构的变化进行分析,即研究不同温度下材料出现的不同晶体结构,用Rietveld全谱拟合方法对晶体结构进行精修,结合密度泛函理论框架下的平面波赝势方法对锗系相变材料在不同温度下的晶体结构和相变过程进行了研究。
　　Highscore是X射线衍射仪附带的XRD数据处理及分析程序,通过分析XRD数据及Rietveld全谱方法结构精修,可以研究不同温度下样品的晶体结构。对比论文中的实验数据和结合精修结果可以得出下结论:随着温度的上升,GeTe的结构发生了变化,从室温到300℃时,由非晶态转变为六方结构,晶胞体积膨胀;到400℃时,由六方结构又转变为面心立方结构,晶胞体积缩小,a、b方向的变化小,而c方向的变化明显。掺杂Bi后的GeTe(Ge1Bi2Te4)在135℃时由非晶变成六方结构的晶体,并随着温度进一步升高,衍射峰总体上逐渐变窄,结晶性逐渐变好,晶胞体积缩小,在温度较高时晶胞体积变化较小。掺杂Sb后的GeTe(Ge2Sb2Te5)在160℃时由非晶变成六方结构的晶体,随着温度进一步升高,其晶胞的体积先受衬底影响而缩小后因受热而膨胀。研究表明,元素掺杂可以降低GeTe相变材料的相变温度。通过第一性原理计算出GeTe的电子密度分布、态密度和能带结构,300℃时其能隙为0.264eV,400℃时其能隙为0.372eV,温度降到室温后其能隙为0.266eV,能隙随温度变化而改变,这表明温度变化会影响相变材料的导电性能。

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第一章 绪 论

1.1研究背景及意义

1.2 Rietveld全谱拟合方法结构精修

1.3相变机理的第一性原理研究

1.4 XRD衍射仪的工作原理及应用

1.5本文工作

第二章 实验材料、仪器及方案

2.1实验材料

2.2实验仪器

2.3实验方案

第三章 GeTe相变材料原位变温结构检测及相变机理探讨

3.1 GeTe相变材料原位变温XRD检测

3.2 物相分析

3.3实验数据分析

3.4结构精修

3.5第一性原理相变机理分析

3.6 本章小结

第四章 Bi掺杂GeTe相变材料原位变温结构检测及其研究

4.1 Ge1Bi2Te4相变材料原位变温XRD检测

4.2 物相分析

4.3实验数据分析

4.4结构精修

4.5 本章小结

第五章 Sb掺杂GeTe相变材料原位变温结构检测及其研究

5.1 Ge2Sb2Te5相变材料原位变温XRD检测

5.2 物相分析

5.3实验数据分析

5.4结构精修

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的学术论文及取得的相关科研成果

致谢