【摘要】：隨著摩爾定律的不斷推進(jìn)，集成電路工藝尺寸已經(jīng)進(jìn)入納米時(shí)代。在越來(lái)越小的單元尺寸下，F(xiàn)lash技術(shù)已逐漸不能滿足需求，而最有可能成為下一代非易失性存儲(chǔ)器的PCRAM也面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。ITRS在2009年報(bào)告中指出，22nm特征尺寸以下器件形貌的控制將是一大難題，側(cè)墻角在工藝和器件設(shè)計(jì)中越來(lái)越受到重視，但它對(duì)相變存儲(chǔ)器器件性能的影響還未見(jiàn)系統(tǒng)研究的報(bào)道。 本文從相變存儲(chǔ)器器件設(shè)計(jì)出發(fā)，以confined型單元結(jié)構(gòu)為模型，模擬了Reset過(guò)程中側(cè)墻角對(duì)器件動(dòng)態(tài)性能的影響：研究了固定結(jié)構(gòu)尺寸下，側(cè)墻角從90°變化到85°對(duì)峰值溫度、焦耳熱體積、潛熱、動(dòng)態(tài)電阻、相轉(zhuǎn)變速度等的影響，得出了一些結(jié)論并進(jìn)行了分析，說(shuō)明了側(cè)墻角在器件設(shè)計(jì)中的重要性；研究了特征尺寸等比例縮小時(shí)側(cè)墻角對(duì)閾值電流的影響，以及不同特征尺寸下高寬比對(duì)閾值電流的影響；最后通過(guò)數(shù)學(xué)推導(dǎo)建立了側(cè)墻角關(guān)于confined單元的數(shù)學(xué)模型，能夠很好的解釋側(cè)墻角對(duì)器件性能的影響。 為了有效的設(shè)計(jì)相變存儲(chǔ)器器件，本文從研究相變存儲(chǔ)器電熱模型、有限元理論等出發(fā)，開(kāi)發(fā)出一套相變存儲(chǔ)器器件設(shè)計(jì)軟件。該軟件采用Delaunay三角劃分方法劃分網(wǎng)格，采用讀寫文件數(shù)據(jù)傳遞參數(shù)，采用差分法求解矩陣方程，并且集成了幾種典型的相變存儲(chǔ)器器件的幾何模型和材料模型，，最后結(jié)合三明治單元模型的具體實(shí)例說(shuō)明，該軟件能夠有效地設(shè)計(jì)相變存儲(chǔ)器器件。
【圖文】：

圖 1-1 （a）confined 型相變存儲(chǔ)單元的剖面圖；（b）相變存儲(chǔ)單元的讀、寫、擦電脈沖與溫度關(guān)系示意圖圖 1-1（a）所表示的是 confined 型相變存儲(chǔ)單元。通過(guò)上下電極給中間的相變材料施加不同寬度和幅度的電脈沖，使相變材料編程區(qū)域（programmable region）達(dá)到不同溫度，從而實(shí)現(xiàn)器件的讀、寫以及擦操作。不同操作的電壓脈沖形狀以及與溫度的關(guān)系見(jiàn)圖 1-1（b）所示[4,7]。相變存儲(chǔ)器利用的是晶態(tài)的低電阻和非晶態(tài)的高電阻之間的巨大阻值差異來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。Set 和 Reset 分別對(duì)應(yīng)于相變存儲(chǔ)單元的低阻和高阻。剛剛沉積的相變材料一般是非晶態(tài)，可以通過(guò)退火使材料晶化。若起始態(tài)是晶態(tài)，寫（Reset）過(guò)程是通過(guò)加一個(gè)短而強(qiáng)的電壓脈沖，首先使相變層編程區(qū)域溫度上升到熔點(diǎn)溫度（Tm）以上，然后以 109~1010K/s 的速度急速冷卻，相變材料由于來(lái)不及成核結(jié)晶，從而形成非晶態(tài)。這塊非晶區(qū)域在相變層中實(shí)際上是被其他晶化區(qū)域包裹著的，但是由于它阻斷了上下電極間的電流通路，所以器件表現(xiàn)出高阻態(tài)。寫脈沖的電壓幅

圖 1-2 Set 態(tài)和 Reset 態(tài)的 I-V 曲線 所示的是 Set 態(tài)和 Reset 態(tài)的 I-V 曲線圖。從圖中可以看出，在閾，Set 態(tài)和 Reset 態(tài)的電阻值有巨大的差異，這兩種不同狀態(tài)分別“0”和“1”，而且 Reset 態(tài)的 I-V 曲線在thV 處有明顯的閾值特性是可逆的，只要所加的電壓能夠快速的移除，器件還是 Reset 態(tài)；持續(xù)時(shí)間比晶化所需時(shí)間長(zhǎng)，那么，器件就會(huì)轉(zhuǎn)變成低阻的 Set 態(tài)程其實(shí)與前面提到的電閾值特性緊密相關(guān)。一旦非晶區(qū)域的電場(chǎng)值非晶區(qū)域的電阻會(huì)迅速下降到晶態(tài)電阻的級(jí)別。因?yàn)楫?dāng)器件是 Re阻值過(guò)大，在電極兩端加上一個(gè)電壓，將很難使通過(guò)相變層的電，產(chǎn)生足夠的焦耳熱來(lái)晶化相變材料。而電閾值轉(zhuǎn)變特性使得非et 過(guò)程才能順利完成。但是至今為止，電閾值特性的這種機(jī)理仍沒(méi)。et 過(guò)程，Reset 過(guò)程的機(jī)理簡(jiǎn)單的多。只要所加電壓大到產(chǎn)生足夠
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TP333

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 凌云;用于相變存儲(chǔ)器的硫系化合物及器件研究[D];復(fù)旦大學(xué);2006年

本文編號(hào)：2676174