#Y2024 #光学材料
相变材料（PCM）是一类硫族化合物，其非晶相和结晶相之间的电学和光学性能具有很大的变化。几十年来，这些材料一直被用于光学数据存储以及电子存储器，典型成分包括 Ge2Sb2Te5（GST）和 AgxInySb2Te（AIST）等。在过去的十年中，相变材料因其在光子学中的潜在用途而受到广泛关注，有望应用于神经形态光学计算、光子存储器、有源超表面、可调谐滤波器、反射显示器、热伪装、可编程光子电路等场景。相变材料本身就能够存在两种稳定状态，其中一种是非晶态（Amorphous）另外一种是结晶态（Crystal）。PCM为片上光子集成电路注入了新的活力，它们通常包含一个光开关，一个光逻辑门和一个光调制器。
[相变材料技术成果和应用 ](http://www.syzclw.com/news/detail?id=2251)
1. 相变存储器（Phase Change Memory，PCM）：相变存储器是最为广泛应用的相变材料技术之一。它利用相变材料在电流作用下从晶体相态转变为非晶相态的特性来存储数据。PCM具有快速的读写速度、较高的密度和长寿命等优势，被广泛应用于电子设备中的非易失性存储器。
2. 相变光存储器（Phase Change Optical Memory）：相变材料也可用于光存储器技术。通过利用相变材料在激光或光脉冲的作用下快速相变的特性，可以实现光存储器的高速读写和高密度存储。相变光存储器在光通信、光计算和光存储等领域具有潜在应用。
3. 相变换热材料（Phase Change Heat Materials）：相变材料可用于热管理领域，例如在电子设备和电池中用于温度调控和热传导控制。通过利用相变材料的高比热和相变潜热，可以实现高效的热管理和温度调节。
4. 光调制器（Optical Modulator）：相变材料可以用于制造光学调制器，用于调节和控制光信号的强度和相位。相变材料的相变特性可以被利用来调制光信号，实现高速光通信和光调制应用。
5. 电阻式存储器（Resistive Random Access Memory，RRAM）：RRAM是一种新型的非易失性存储器技术，利用相变材料的电阻变化特性来存储数据。相较于传统的存储器技术，RRAM具有更高的密度、更低的功耗和更快的读写速度，具有潜在的应用前景。
6. 相变传感器（Phase Change Sensors）：相变材料也可用于制造传感器，用于测量和检测温度、压力和应力等物理量。通过监测相变材料的相变过程，可以获得精确且可靠的传感器输出。
这些是相变材料技术成果和应用领域的一些示例。相变材料的研究和应用仍在不断发展，未来可能会涌现更多的创新和应用。
相变材料是一类具有特殊相变性质的材料，它们可以在响应外界刺激（例如温度、电流或光照）时，从一个相态转变为另一个相态。这种相变可以是可逆的或不可逆的，取决于材料的性质和应用需求。以下是一些常用的相变材料及其制备过程：
1. 锗锑碲（Ge2Sb2Te5，GST）：GST是最常用和最广泛研究的相变材料之一，常用于相变存储器和光存储器中。GST的制备通常采用物理气相沉积（PVD）技术，例如蒸发沉积、溅射沉积或分子束外延等。这些方法通过控制材料的成分和制备条件来实现GST材料的生长。 锗锑碲（Ge2Sb2Te5，GST）是一种常用的相变材料，用于相变存储器和光存储器等应用。GST是由锗（Ge）、锑（Sb）和碲（Te）三种元素组成的化合物。
在生产锗锑碲（GST）材料时，常用的方法之一是物理气相沉积（Physical Vapor Deposition，PVD）。以下是一种常见的PVD制备GST薄膜的过程：
1.1. 原料准备：采用高纯度的锗、锑和碲作为原料，通常以靶材（target）的形式使用。这些原料经过预处理和纯化，确保其高纯度。
1.2. 沉积过程：PVD技术通常采用的是蒸发沉积（Evaporation Deposition）或溅射沉积（Sputtering Deposition）。下面以溅射沉积为例：
a. 溅射器装载：将制备好的GST靶材装载在溅射器中，通常与一定数量的惰性气体（如氩气）一起注入。
b. 抽真空：将溅射装置抽真空，以消除气体和杂质。
c. 溅射过程：通过加高频或直流电源，在靶材表面施加电场，使得高能粒子（通常是氩离子）轰击靶材表面，从而使靶材表面的原子或分子释放出来。这些原子或分子沿着溅射装置内的辐射传输路径沉积在基底上。
d. 沉积控制：通过调节溅射参数，如气体压力、功率、施加电场等，来控制沉积速率、成膜质量和GST薄膜的化学组成。
1.3. 辅助控制：在沉积过程中，可以采用温度控制、退火等辅助手段，以调节GST薄膜的晶体结构和性能。
以上是一种常见的PVD制备GST薄膜的过程。需要注意的是，不同的制备方法和工艺参数可能会有所不同，但核心步骤基本相似。通过控制制备过程和条件，可以获得具有所需相变特性的GST材料，从而应用于相变存储器和光存储器等领域。
2. 锗锑硫碲（GeSbSeTe，GSST）：GSST是另一种常用的相变材料，也用于相变存储器和光存储器中。GSST的制备方法类似于GST，通常通过物理气相沉积技术实现。
3. 锡铋锡硼氧（SnBi2Te4O，SBTO）：SBTO是一种用于光存储器和相变存储器的新型相变材料。它的制备可以采用溶液法、化学气相沉积或物理气相沉积等方法。不同的制备方法可以控制材料的成分和结构，从而调节其相变特性。
4. 锡锑铋（SnSbBi）：SnSbBi是一种多元相变材料，具有较大的抵抗窗口和高速相变特性。它通常通过溅射沉积、化学气相沉积或物理气相沉积等方法制备。
相变材料的制备过程通常包括以下几个步骤：
1. 材料准备：选择合适的材料原料，并进行粉末制备或化合物合成。这些原料通常是高纯度的金属或化合物。
2. 沉积/成膜：将原料通过物理气相沉积（PVD）或化学气相沉积（CVD）等技术在基底上进行生长或沉积。这些技术可以通过控制沉积温度、压力和气体流量等参数，调节材料的成分和结构。
3. 结构和性能调控：通过热处理、退火或离子注入等方法，对沉积的材料进行结构和性能调控，以满足特定应用需求。
4. 薄膜特性和测试：对沉积的相变材料进行薄膜特性测试，如结构分析、表面形貌观察、电学特性测量等。
总的来说，相变材料的制备需要选择合适的原料、控制生长或沉积过程，以及对材料进行结构和性能调控。这些步骤有助于获得具有特定相变特性的相变材料，从而应用于相变存储器、光存储器和其他相关领域。