《Nano Letters》：利欧洲杯-米乐M6【指定官网访问 milem6-gw.net】用原位TEM测量材料纳米尺度的电阻率！

　　

　　我们在高中物理学到，对于纯电阻电路，电流I跟导体两端的电压U成正比，跟导体的电阻R成反比欧洲杯-米乐M6【指定官网访问 milem6-gw.net】。实验中如果知道导体的截面积和这段导体的长度，便可以知道这段导体的电阻率或者电导率。电阻率的物理意义代表材料传导电流的能力，数值上即为单位长度单位横截面积的电阻值。其中，电导率是电阻率的倒数。然而，在实际工程应用中，由于材料加工方法、处理工艺和相变过程等影响，局部的电导率可能并不均匀，但其不同区域细微的变化很难用一般的电学实验方法来测量。

　　最近，来自法国国家科学研究中心CNRS与意法半导体ST Microelectronics的研究团队利用原位TEM中的电子全息技术(Electron holography)，实现了相变存储器件中核心材料的局部电导率测量，欧洲杯-米乐M6【指定官网访问 milem6-gw.net】分辨率达到纳米尺度。

　　电子全息技术通过收集电子与材料相互作用的相位偏移信息，从而获取材料内部电势分布。Ge-Sb-Te (GST)合金为一种典型相变材料，其相变速度可以达到纳秒甚至亚纳秒级别。这种材料的晶态与非晶态存在几个数量级的电阻差，可广泛应用于新型非易失性存储器件中，成分优化后的合金可用于汽车级芯片。如图一所示，夹在器件正负端电极中间的是TiN加热丝和发生相变的GST薄层，其中在电脉冲调控下发生晶态与非晶态转变的是靠近TiN加热丝端的蘑菇形区域。

　　图二展示了初始与最终状态的TEM图、实验全息相位图与模拟全息相位图。图三是实验与有限元模拟FEM的对比分析，图四即为测量出的GST相变区域的电阻率分布图。通过实验并结合模拟，研究表征了在GST相变的微观区域相变的非均匀性，尤其在靠近TiN加热丝端的相变区域内，这很可能由于电脉冲调控后的不同温度分布及冷却的非均匀性所致。

　　图二，器件初态和末态高分辨TEM图和原位电子全息实验图及模拟分析: a) b) & e) 实验电子全息图；c) & f)模拟图。标尺为20纳米。

　　图四，器件初态和末态特征区域的电导率分布图: a) 初态; b) 末态 ; b) 电导率。

　　论文第一作者为法国国家科学研究中心图卢兹材料结构与制造研究所(CEMES-CNRS)的合同制研究员张磊峰博士，通讯作者为物理学家Martin J. Hÿtch 和电镜专家Christophe Gatel，合作者包括意法半导体的Frédéric Lorut博士和CEMES-CNRS的Kilian Gruel博士，该研究得到了法国国家科学研究项目基金和欧盟科研创新基金(ESTEEM)的支持，同时也得到了欧盟 ’’地平线)’’计划项目的支持。这种测量局部电导率的新方法，不仅适用于相变材料，也适用于其他以电阻变化为主要特征的存储器件，如新型忆阻器等。同时，结合TEM的层析技术，这种方法也可用于材料三维尺度的微观电导率测量。(投稿作者: 一花一木)

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