硫 屬 合 金 化 合 物 （Chalcogenides）又被稱為相變化材料（Phase-change Materials），其記錄功能係在 1960 年由 S.R. Ovshinsky 首先發現[29]，為利用合 金材料於結晶態與非晶態之間的電阻值差異作記。訊號寫入（Write）和擦拭
（Erase）的方式乃利用電流加熱或是脈衝的方式，使其由非晶態轉換成結晶態 達到寫入的目的；反之，欲擦拭訊號則施予一更大的能量使合金由結晶態再轉換 成為非晶態，達到消除的目的，原理如圖2-16 所示。
圖2-11、PCM 操作記憶原理[29]。
在記錄操作時，欲由非晶態轉換成結晶態，即由0 轉變為 1 時，所施予之能 量範圍必須介於硫屬合金化合物之熔點（Melting Point，Tm）以下，相變化溫度
（Phase-change Temperature，Tc）以上，保持一段時間使其發生結晶，來達到寫 入1 之效果；反之，欲由 1 轉變為 0 時，所需施予之能量範圍必須大於此硫屬合 金之Tm以上，使其由結晶狀態轉換成短程有序之液態，然後快速焠火（Quench）
冷卻，讓原子來不及成為長程週期排列，維持在非晶態而達到記錄消除之目的。
相 變 化 材 料 可 區 分 為 成 核 型 （ Nucleation-dominated ） 與 成 長 型
（Growth-dominated）兩大類，具有快速成核特性的 Ge1Sb4Te7、Ge1Sb2Te4 與 Ge2Sb2Te5（GST）等為成核型材料之代表，成核時間比起成長速率大得多的 SbTe 合金為成長型材料之代表，其通常以摻雜（Doping）調整材料特性，如 AgInSbTe、
GeInSbTe 等。GST 具有高的熱穩定性（Ea > 2 eV）、快速結晶（結晶速率 50 nec）
以及高覆寫次數（ 105）的特性而成為PCM 中最常被拿來研究的材料。GST 具 有兩種結晶結構，一為介穩態的FCC 結構，另一為高溫穩定相的 HCP 結構[30，
31]。如圖 2-17 所示，在剛鍍製完時，GST 為非晶態，當加熱至約 200C 時，會 由原本的非晶相轉換成介穩的FCC 相，進一步加熱至 400C 時，則會由介穩 FCC 相轉變為穩定HCP 相。在圖 2-18 電阻率對溫度的變化圖中[32]，在 150 及 350C 會各有一段陡峭的電阻率改變，是由於發生了結構上的變化而導致電阻率會有急 遽下降的情況產生。
相變化材料無論光誘發或者電場誘發均存在不同的物理性的轉變，如光的吸
收率、反射率、電阻率、和熱傳導率等，其中熱傳導率影響材料是否能在高溫退 火 的 情 況 下 迅 速 淬 冷 ， 迅 速 淬 冷 造 成 非 結 晶 態 的 降 溫 速 率 數 量 級 約 為 109K/sec[33]，倘若無法迅速淬冷則無法擁有良好的可逆性，故材料的熱物理特 性對於PCM 的研發扮演關鍵角色。以 GST 材料系統而言，在受熱中由非晶態轉 變為FCC 及較高溫時之 HCP 結構時，其以熱反射法所量測的熱傳傳係數亦隨著 溫度及結構的變化從0.2 W/mK 昇高至 1.8 W/mK（見圖 2-19）[34]，量測到 的界面阻抗值則約界於5 到 30 m2K/GW[34，35]。
圖2-12、不同溫度狀態下之 GST 結構示意圖[30，31]。
圖2-13、GST 之電阻率隨溫度變化圖[32]。
圖2-19、GST 熱傳導係數隨溫度變化圖[34]。