相变存储的原理为相变材料可以在晶态（低阻态）和非晶态（高阻态）之间通过施加电或光脉冲的方式实现可逆的变换，基于该原理的相变存储器因其读写速度快、两态差异大及循环擦写稳定等技术优点，成为下一代非易失存储器的有力竞争者之一。目前，Intel及Micron已向市场投放其基于Ge-Sb-Te（GST）相变材料的傲腾存储器，但该存储器的擦写速度仅仅介于动态随机存储器及闪存之间，远未达到相变存储器的速度极限。多年来，光学与电子信息学院缪向水教授团队一直致力于相变存储材料的研究并已获得诸多进展。近日，缪向水教授团队在提高GST相变材料晶化速度的方面取得重要进展。

缪向水教授团队与德国莱布尼兹表面改性研究所Andriy Lotnyk团队合作，开创性地利用为GST相变材料提供Sb2Te3生长模板的方式跳过了GST相变材料晶化过程中的形核过程，从而使得其晶化主导类型从原先的形核主导型转变为生长主导型。相关电学测试表明，在使用Sb2Te3模板后，GST的晶化速度最高可提升至原来的五倍。高分辨透射电子显微镜的测试结果展示了两种材料间的外延生长关系，有力证明了该实验设计的可行性。进一步的键角分布演化及粘附性计算表明，Sb2Te3生长模板相比于本征的GST模板更有利于吸附原子，尤其是Ge原子。而电子结构及晶格轨道哈密顿量布居数计算表明，Sb2Te3模板更高的粘附性来自于其表面更多的悬挂键及原子在与其表面成键时形成的反键态更少。

该工作为提升相变材料的晶化速度及模板材料的筛选提供了新视角，相关研究“Stickier-Surface Sb2Te3 Templates Enable Fast Memory Switching of Phase Change Material GeSb2Te4 with Growth-Dominated Crystallization”已于近期发表于美国化学学会期刊ACS Applied Materials & Interfaces上。博士研究生冯金龙为第一作者，Andriy Lotnyk研究员为第二作者，程晓敏、徐明、缪向水教授为共同通讯作者。该研究获得了国家重点研发计划（Nos. 2017YFB0405601，2017YFB0701701），国家科技重大专项（No. 2017ZX02301007-002），国家自然科学基金（No. 51772113），先进存储器湖北省重点实验室基金及国家留学基金委的资助。

文章信息：J. Feng, A. Lotnyk, H. Bryja, X. Wang, M. Xu, Q. Lin, X. Cheng, M. Xu, H. Tong, X. Miao, “Stickier”-Surface Sb2Te3 Templates Enable Fast Memory Switching of Phase Change Material GeSb2Te4 with Growth-Dominated Crystallization, ACS applied materials & interfaces, DOI 10.1021/acsami.0c07973(2020).https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c07973