[发明专利]一种二硫化锗材料的相变方法及其在相变存储领域应用

说明书

一种二硫化锗材料的相变方法及其在相变存储领域应用，选择二硫化锗材料作为相变存储材料；利用沿单轴方向加载应变的方法实现二硫化锗材料两相之间的转变；其中沿着平行于层状结构的长轴方向加载单轴压应变可实现稳定相向正方相的相变，沿着y方向加载单轴拉应变可实现正方相向稳定相的相变。本发明能够通过单轴应变的方法实现相变，并借助其两相之间的电阻差异实现数据存储，这种相变方法及应用将会有效延长相变存储器的使用寿命，在该领域具有潜在的应用前景。

技术领域

本发明涉及相变材料数据存储技术领域，特别涉及一种二硫化锗材料的相变方法及其在相变存储领域应用。

背景技术

处于信息社会的今天，数据存储与处理带来的压力与日俱增。大数据、云计算、人工智能等新兴技术的蓬勃发展也对现有的计算设备性能提出了极大挑战。面对近在咫尺的数据存储危机，研究人员提出了多种能够进行数据存储的新型材料和新型技术，以期在同一单元中实现快速读写及稳定存储数据的新一代存储技术，其中基于相变材料的相变存储器具有能耗低、速度快等优势，是最接近产业化的下一代存储设备。

目前，相变存储器最常用的是基于锗锑碲元素的硫系相变材料，然而由于商用存储器是通过锗锑碲材料晶相与非晶相之间的转变来实现存储，此过程不可避免会发生元素的大范围迁移，并在电流的作用下发生一定程度的元素偏析，甚至形成空洞导致器件失效，因此寻找一种能够通过局部结构改变实现数据存储的新型相变材料和新型相变机制是领域内的重要研究方向之一。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种二硫化锗材料的相变方法及其在相变存储领域应用，二硫化锗材料能够通过单轴应变的方法实现相变，并借助其两相之间的电阻差异实现数据存储，这种相变方法及应用将会有效延长相变存储器的使用寿命，在该领域具有潜在的应用前景。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种二硫化锗材料的相变方法，包括以下步骤；

选择二硫化锗材料作为相变存储材料；利用沿单轴方向加载应变的方法实现二硫化锗材料两相之间的转变；

其中沿着平行于层状结构的长轴方向(即y方向)加载单轴压应变可实现稳定相向正方相的相变，沿着y方向加载单轴拉应变可实现正方相向稳定相的相变。

所述的相变存储材料具有单斜晶系的稳定相和正方晶系的高压相；包括薄膜材料、块体材料、粉末材料及二维材料。

所述的二硫化锗材料的单斜晶系结构及正方晶系结构均以四面体为基本单元构成，其中单斜相中Ge-S键的键长分布在的范围内，键角分布在108.2°-114.3°的范围内，正方相的键长则固定为键角只有113.6°与101.6°两种；单斜相与正方相在x方向的晶格参数相差不大，在y方向单斜相晶格参数比正方相大比例超过14％。

所述的单斜相的在y方向的杨氏模量为47.3GPa。

所述的单斜相为3.41eV的直接带隙，正方相则为2.22eV的间接带隙。

二硫化锗材料应用于相变存储器中，通过施加单轴拉/压应变实现二硫化锗材料在稳定相与正方相之间的相变，这两相具有较大的电学性能差异，能够实现逻辑值“0”和“1”的识别。

本发明的有益效果：

本发明所构思的以上技术方案，二硫化锗材料通过加载单轴应变调整局部范围内的结构单元来实现相变，并应用于相变存储领域，与现有技术相比，避免了相变过程中的元素偏析，将能够有效延长相变存储器的使用寿命。

本发明提出的加载单轴应变是微纳电子器件中经常涉及的方法，将其耦合于二硫化锗材料在相变存储领域的应用中，无需开发额外的复杂工艺，能够有效推进相变存储器件的开发和设计。