【摘 要】
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相变存储器（Phase Change Memory,PCM）具有快速的读写能力、高存储密度以及良好的数据保持力,因此,它被认为是最有希望的下一代非易失性存储器之一。然而,其较高的功耗阻碍了它进一步的发展。作为相变存储器的核心,相变材料在降低功耗、改善相变存储器性能等方面起着至关重要的作用,而元素掺杂以及构建相变超晶格材料正是优化相变材料性能的有效途径。本文使用第一性原理计算方法,通过对Sc原子掺杂
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相变存储器（Phase Change Memory,PCM）具有快速的读写能力、高存储密度以及良好的数据保持力,因此,它被认为是最有希望的下一代非易失性存储器之一。然而,其较高的功耗阻碍了它进一步的发展。作为相变存储器的核心,相变材料在降低功耗、改善相变存储器性能等方面起着至关重要的作用,而元素掺杂以及构建相变超晶格材料正是优化相变材料性能的有效途径。本文使用第一性原理计算方法,通过对Sc原子掺杂的Ge2Sb2Te5（GST）相变材料（SGST）进行计算,分析了其非晶化过程低功耗的物理起源,探索了影响能带结构的主要因素以及掺杂浓度与晶格应变对SGST晶态电子结构的调制作用;除此之外,本文基于SGST原胞和纯净的GST原胞构建了超晶格结构（GST）m/（SGST）n,判断了其力学稳定性,并研究了不同界面和不同组分对其电子结构的影响。研究结果表明:（1）与GST相比,SGST的带隙更宽,且其载流子有效质量更大,因此导致它的载流子迁移率下降,电阻率增大,这是功耗降低的主要原因;（2）原子间键长的改变是影响能带结构的主要因素,相比于Sb-Te键,Te-Te键对GST能带结构的影响更大;（3）随着掺杂浓度的增大,SGST的带隙值也逐渐增大,当掺杂浓度达到20%后,带隙值基本保持不变;随着拉伸应力的增加,带隙逐渐减小;随着压缩应力的增加,带隙值先增大后减小,当压缩应力为1%时,带隙值达到最大;且相比拉伸应力,体系在受到压缩应力时带隙值的变化更为明显;（4）在不同界面的（GST）m/（SGST）n超晶格中有10种结构表现出半导体特点,它们的带隙在0.08-0.63e V范围内,并且具有良好的力学稳定性。另外,在不同组分的Sb/Te1界面超晶格中,改变GST的组分对带隙的调控作用更加显著。
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