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相变存储器材料的研究进展和应用前景
作者：尹琦陈冷来源：《新材料产业》2016年第07期
随着社会发展和科技进步，计算机在日常的工作和生活中起到至关重要的作用。进入信息时代，计算机要储存和处理的信息量越来越大，传统的储存器已经不能满足人们日益增长的需求。因此，研究和开发高速度和大容量存储器具有重要的意义。目前，主流的存储器有以随机存储器（RAM，Ra
domAccessMemory）为代表的易失性（volatile）存储器和以闪存（Flash）为代表的非易失性（
o
volatile）存储器。随机存储器存取速度快但有易失性，闪存有非易失性但存取速度稍慢。理想的存储器应当具备非易失性和类似随机存储器的存取速度，同时功耗低、可靠性高。这正是推动新一代非易失性存储器快速发展的因素1，2。一些新型存储器如铁电存储器（FeRAM）、磁存储器（MRAM，Mag
eticRAM）和相变存储器（PCRAM，PhaseCha
geRAM）等各具特点，其中以相变存储器被认为最有可能取代当今主流存储器而成为未来存储器的主流产品。
近年来，英特尔（I
tel）、三星（Samsu
g）、国际商业机器（IBM）、飞利浦（Philips）和意法半导体（STMicroelectro
ics）等公司以及很多大学和研究所都在这一领域开始进行研究，在基础研究和应用研究领域取得了较大的进展，极大地促进了相变存储器的发展。相变存储器的核心是以硫系化合物为基础的相变材料，这种相变材料中一般存在非晶态相和晶态相，这2种状态的结构差异导致相变材料的电学性能和光学性能明显不同。因此，研究相变材料的结构和性能对于相变存储器极为重要，本文主要综述近年来相变存储器材料在微观结构和性能、相变机理和应用等方面的研究进展。
一、相变存储器的原理
相变存储器是通过物质相变来实现信息存储的一种存储器，1968年，Ovshi
sky3首次描述了基于相变理论的存储器，材料在非晶态晶态非晶态相变过程中，其非晶态和晶态呈现不同的光学和电学特性，因此可以用非晶态代表“0”，晶态代表“1”实现信息存储，这被称为Ovshi
sky电子效应。相变存储器就是基于Ovshi
sky效应的元件，被命名为Ovshi
sky电效应统一存储器（Ovshi
skyU
ifiedMemory，OUM）。
相变存储器利用电能（热量）使相变材料在晶态（低阻）与非晶态（高阻）之间相互转换，实现信息的读取、写入和擦除，工作原理是将数据的写入和读取分为3个过程分别是“设置（Set）”、“重置（Reset）”和“读取（Read）”。“Set”过程就是施加一个宽而低的脉冲电流于相变材料上，使其温度升r