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日本东北大学制造出具有优秀热性能表现的碲化铌材料催生下一代相变存储器

文章来源：cnBeta 更新时间：2023-09-07 16:28:39

东北大学（Tohoku University）的研究人员利用溅射技术制造出了碲化铌（NbTe4）这种具有卓越存储和热性能的材料，从而推进了相变存储器的发展。相变存储器是一种非易失性存储器，它利用相变材料（PCM）在原子分散的无定形状态和原子紧密排列的结晶状态之间转换的能力。这种变化产生了一种可逆的电气特性，可用于存储和检索数据。

尽管这一领域尚处于起步阶段，但相变存储器因其存储密度高、读写速度快，有可能为数据存储带来革命性的变化。但是，与这些材料相关的复杂开关机制和复杂的制造方法仍然给大规模生产带来了挑战。

各种二维 TM 卤化物的 Tc 值（结晶温度）和 Tm 值（熔点）比较；在本研究中，NbTe4 的 Tc 值和 Tm 值由结晶和熔峰的起始温度定义。资料来源：Yi Shuang 等人

近年来，二维（2D）范德华（vdW）过渡金属二钙化物已成为相变存储器中一种很有前途的 PCM。现在，东北大学的一组研究人员强调了利用溅射技术制造大面积二维范德华四钙化物的潜力。利用这种技术，他们制备并鉴定出了一种极具前景的材料--碲化铌（NbTe4），这种材料具有约447 ºC的超低熔点（起始温度），使其有别于其他TMD。

东北大学材料科学高等研究所助理教授、论文合著者双懿解释说："溅射是一种广泛使用的技术，它是将材料薄膜沉积到基底上，从而实现对薄膜厚度和成分的精确控制。我们沉积的 NbTe4 薄膜最初是无定形的，但可以通过在 272 ºC 以上的温度下退火结晶成二维层状结晶相。"

砷沉积和 350 ℃ 退火 NbTe4 薄膜的选区电子衍射和横截面 TEM 图像。图片来源：Yi Shuang 等人

与 Ge2Sb2Te5 (GST) 等传统的非晶-结晶 PCM 不同，NbTe4 同时具有低熔点和高结晶温度。这种独特的组合降低了重置能量，提高了非晶相的热稳定性。

在制造出 NbTe4s 后，研究人员对其开关性能进行了评估。与传统的相变存储器化合物相比，它的操作能量大大降低。估计的 10 年数据保持温度高达 135 ºC - 优于 GST 的 85 ºC - 这表明 NbTe4 具有出色的热稳定性，可用于高温环境，如汽车行业。此外，NbTe4 的快速开关速度约为 30 纳秒，进一步凸显了其作为下一代相变存储器的潜力。

Shuang 补充说："我们为开发高性能相变存储器开辟了新的可能性。NbTe4具有低熔点、高结晶温度和优异的开关性能，是解决目前PCM所面临的一些挑战的理想材料。"

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