10、微波与毫米波相变材料器件：从原理到应用

微波与毫米波相变材料器件：从原理到应用

1. 相变材料基本原理

相变材料（PCM）具有独特的性质，能够通过电脉冲进行特定热处理，在非晶态和晶态之间实现可逆切换。原子无序排列（短程有序）的状态称为非晶态，而原子有序排列（长程有序）的状态则是晶态。非晶态中电子传导的平均自由程较短，由于电子散射阻碍电流流动，因此与晶态相比电阻更高。在非易失性存储器应用中，PCM的传统原理是利用两种状态之间的电阻差异来表示两种状态。
- SET脉冲 ：相对低振幅、长持续时间（通常 > 1μs）的SET电脉冲用于结晶过程，将材料从非晶态转变为晶态。SET脉冲的能量加热材料，使原子有足够时间重新排列成有序结构。
- RESET脉冲 ：短持续时间（通常 < 100 ns）、高振幅的RESET电脉冲用于重新非晶化，将材料从晶态转变为非晶态。RESET脉冲提供足够能量使材料熔化，原子无序化，随后快速淬火使原子固定。

2. 具体相变材料

2.1 锗碲（GeTe）

• 基本性质 ：GeTe是锗和碲的化合物，是硫系玻璃的组成部分，具有半金属传导和铁电行为。它存在三种主要晶型，在铁电居里温度（约670 K）以下，α相是纯GeTe最常见的相。掺杂的GeTe是低温超导体。
• 电阻特性 ：晶态（ON状态）电阻率为2e - 4 Ω cm，非晶态（OFF状态）电阻率 > 1e3 Ω cm，动态范围（OFF状态与ON状态电阻比）约为5e6倍，这使得GeTe在射频应用中具有很大优势。 </