Chalcogenide materials have received great attention in the last decade owing to their application in new memory systems. Recently, phase-change memories have, in fact, reached the early stages of production. In spite of the industrial exploitation of such materials, the physical processes governing the switching mechanism are still debated. In this paper we work out a complete and consistent model for transport in amorphous chalcogenide materials based on trap-limited conduction accompanied by carrier heating. A previous model is here extended to include position-dependent carrier concentration and field, consistently linked by the Poisson equation. The results of the new model reproduce the experimental electrical characteristics and their dependences on the device length and temperature. Furthermore, the model provides a sound physical interpretation of the switching phenomenon and is able to give an estimate of the threshold condition in terms of the material parameters, a piece of information of great technological interest.
Efficient Spin-Orbit Torque Switching with Non-Epitaxial Chalcogenide Heterostructures
近年来，拓扑绝缘体（TI）产生的自旋轨道矩（SOT）受到越来越多的关注。这些TI通常由外延生长的硫族化合物形成，具有极高的SOT效率，在下一代自旋电子器件中具有很大的潜力。然而，这些硫族化物的外延需要确保拓扑保护的表面态（TSS）的存在，这限制了在工业中使用这些材料的可行性。在这项工作中，我们表明，非外延的Bi $_{x}$ Te $_{1-x}$ /铁磁异质结制备的常规磁控溅射具有巨大的SOT效率，即使没有TSS。通过谐波电压测量和磁滞回线位移测量，我们发现这种非外延异质结构的体自旋轨道相互作用产生的类阻尼SOT效率在室温下可以达到大于100%的值。我们进一步证明了这些Bi $_{x}$ Te $_{1-x}$为基础的异质结构与热稳定的铁磁层，这表明，这种非外延硫族化物材料可以是潜在的有效的SOT源在未来的SOT磁存储器件的电流诱导SOT开关。
Field Dependent Conductivity and Threshold Switching in Amorphous Chalcogenides -- Modeling and Simulations of Ovonic Threshold Switches and Phase Change Memory Devices
First-Principles Thermodynamic Analysis of Ternary Chalcogenide Phase Change Materials
University of Maryland（马里兰大学）；Institute for Research in Electronics and Applied Physics, University of Maryland（马里兰大学电子与应用物理研究所）；Maryland Energy Innovation Institute, University of Maryland（马里兰大学马里兰能源创新研究所）
Picosecond electric-field-induced threshold switching in phase-change materials
许多硫族化物玻璃在高于临界场强时会发生电子电阻击穿。这种机制被称为阈值开关，使场致结晶在新兴的相变存储器。用P_2O_3电子模型和晶体成核辅助模型解释了电子击穿现象。这里，皮秒电脉冲用于激发非晶Ag $_4$ In $_3$ Sb $_{67}$ Te $_{26}$。观察到电导率和脉冲驱动结晶的场依赖性可逆变化。目前的研究结果表明，阈值开关可以发生在亚皮秒的时间尺度上的电脉冲比晶体可以成核快。这支持阈值开关的纯电子模型，并揭示了作为超快电子开关的潜在应用。
Large-scale defects hidden inside a topological insulator grown onto a 2D substrate
拓扑绝缘体（TI）材料是集成到下一代存储器和逻辑器件中的令人兴奋的候选材料，因为它们具有高效、低能耗的磁化切换的潜力。具体地，铋硫族化物家族提供有效的自旋-电荷转换，因为其大的自旋-轨道耦合和表面态的自旋-动量锁定。然而，实现TI的承诺的一个主要障碍是薄膜材料的质量，这落后于外延生长的半导体。与后一种系统相反，Bi硫族化物通过范德华外延形成，这使得它们能够成功地生长在具有不同程度晶格失配的衬底上。这种灵活性使得能够将TI集成到具有新兴材料（包括二维材料）的异质结构中。然而，了解和控制TI膜内的局部特征和缺陷对于实现突破性器件性能至关重要。在这里，我们报告的观测和建模的大规模的结构缺陷（Bi，Sb）$_2$ Te $_3$薄膜生长到六方氮化硼，突出了意想不到的破坏旋转的薄膜和沿晶界共存的第二相。使用第一性原理计算，我们表明，这些缺陷可能会对依赖于这些TI薄膜的器件产生相应的影响，因此它们不能被忽略。
