雙向閾值開關(guān)（OTS）器件是存儲器由二維向三維架構(gòu)演變的關(guān)鍵元件，其核心結(jié)構(gòu)由電極/硫系薄膜/電極構(gòu)成。其中，Ge-Se 硫系薄膜因其優(yōu)異的開關(guān)特性而成為最受關(guān)注的 OTS 材料體系。然而，該體系在不同成分區(qū)間（特別是富硒區(qū)與富鍺區(qū)）的價帶結(jié)構(gòu)與原子結(jié)構(gòu)尚未被全面揭示。為攻克這一難題，上海交通大學(xué)朱敏教授團隊與賽默飛世爾科技的葛青親、史南南合作，利用賽默飛 ESCALAB QXi XPS 平臺，對 Ge?Se???（x = 0–100%）在全組成范圍內(nèi)的電子結(jié)構(gòu)和鍵型分布進行了系統(tǒng)研究。相關(guān)成果以 “X-Ray Photoelectron Spectroscopy Analysis of Ge-Se Chalcogenides" 為題發(fā)表。

研究團隊通過高分辨率 XPS 對 Ge 3d 芯能級與價帶結(jié)構(gòu)進行了重構(gòu)分析，建立了 Ge 含量變化、配位環(huán)境轉(zhuǎn)變及鍵型重新分布之間的定量關(guān)聯(lián)。研究結(jié)果顯示，Ge-Se 體系在不同成分區(qū)間呈現(xiàn)出三類結(jié)構(gòu)區(qū)域：富硒區(qū)（x < 40%）保持 4:2 的 Ge:Se 配位結(jié)構(gòu)；富鍺過渡區(qū)（x = 40–60%）顯示出3:3 的 Ge-Se 配位與 Ge-Ge 同極性鍵形成競爭；鍺主導(dǎo)區(qū)（x ≥ 70%）則表現(xiàn)出超過 72% 的鍵為同極性 Ge-Ge 鍵。

此外，通過價帶譜分析還發(fā)現(xiàn)了硒鏈的解離和不同類型的Ge-Se鍵以及同極性Ge-Ge鍵的形成。這些結(jié)果確立了Ge-Se硫族化物中的成分-結(jié)構(gòu)關(guān)系，表明通過控制Ge的摻入可以通過缺陷介導(dǎo)的鍵工程優(yōu)化OTS性能。

該研究不僅深化了對 Ge-Se 硫系材料電子結(jié)構(gòu)的理解，也為高性能 OTS 材料的設(shè)計和未來高密度存儲技術(shù)的發(fā)展提供了新的思路。

圖1. 系列Ge_xSe_1–x 薄膜的 Ge3d 芯能級圖隨組分的演化

圖2. 通過 XPS 價帶譜分析系列Ge_xSe_1?x 薄膜的價電子結(jié)構(gòu)

圖3. 富硒樣品與富鍺樣品的 XPS 價帶譜對比

賽默飛ESCALAB QXi XPS系統(tǒng)在這一研究中發(fā)揮了重要作用，其高分辨率、高靈敏度的檢測能力，為原子級結(jié)構(gòu)解析提供了可靠技術(shù)支撐。這些發(fā)現(xiàn)不僅深化了我們對Ge-Se體系電子結(jié)構(gòu)演變的理解，也為未來高性能存儲器材料的設(shè)計提供了新的思路和方法。賽默飛將繼續(xù)致力于為科研人員提供先進的儀器和解決方案，助力科學(xué)研究的不斷突破。