【摘要】：在新一代非易失性存儲(chǔ)器件的研究中,相變存儲(chǔ)器以其高讀寫速度和高可靠性等優(yōu)點(diǎn)脫穎而出。相變存儲(chǔ)器是基于相變材料晶態(tài)和非晶態(tài)之間的巨大電阻差異進(jìn)行存儲(chǔ)的。在工作時(shí),利用不同電流脈沖產(chǎn)生的焦耳熱,使相變材料在晶態(tài)和非晶態(tài)之間進(jìn)行可逆轉(zhuǎn)換,從而實(shí)現(xiàn)相變存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)。由于相變存儲(chǔ)器依靠熱效應(yīng)工作,在其工作時(shí)伴隨著較大的溫度變化,對(duì)其進(jìn)行熱學(xué)分析和由熱膨脹引起的應(yīng)變和應(yīng)力分析就顯得十分必要。在半導(dǎo)體存儲(chǔ)器中,功耗和使用壽命一直是重要的性能指標(biāo)。本文在相變存儲(chǔ)器中加入小熱導(dǎo)率的二維材料——二硫化鉬作為隔層,構(gòu)建出新的模型,來(lái)對(duì)其進(jìn)行熱學(xué)和力學(xué)的分析。基于工程項(xiàng)目上常用的有限元法,本文利用Ansys Workbench進(jìn)行相變存儲(chǔ)單元的三維模型構(gòu)建和求解分析。在相同條件下分別建立T型結(jié)構(gòu)和層狀結(jié)構(gòu),對(duì)其進(jìn)行電熱和熱應(yīng)力的模擬,探究其熱量散失的主要途徑,分析其溫度分布、形變和應(yīng)力變化等。然后構(gòu)建具有二硫化鉬隔層的T型結(jié)構(gòu)和層狀結(jié)構(gòu),對(duì)其進(jìn)行模擬仿真,得到兩種新型結(jié)構(gòu)的熱學(xué)和力學(xué)的相關(guān)參數(shù),并與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比分析。仿真分析的結(jié)果顯示,無(wú)論是T型結(jié)構(gòu)還是層狀結(jié)構(gòu),二硫化鉬隔層的確能提高相變單元的熱效率,減少Reset電流,同時(shí),在力學(xué)分析中,二硫化鉬隔層的加入也使相變層所受的應(yīng)力更小,即能減小內(nèi)部應(yīng)力對(duì)于相變單元的破壞,使相變存儲(chǔ)單元的工作壽命更長(zhǎng),尤其在層狀結(jié)構(gòu)中,這種應(yīng)力的減小更為明顯。進(jìn)一步分析二硫化鉬隔層在兩種結(jié)構(gòu)中的所起的作用,找到其提高相變存儲(chǔ)單元熱效率和減小內(nèi)部應(yīng)力的原因。此外,二硫化鉬隔層的加入能減少熱量散失,即能減小對(duì)相鄰單元的熱影響,這對(duì)于存儲(chǔ)單元陣列的熱串?dāng)_問題有一定程度的改善。
【圖文】：

并與 Intel 公司達(dá)成合作。同年 9 月 28 日，他們聯(lián)合發(fā)導(dǎo)體電子存儲(chǔ)器件，這也是世界上第一款相變存儲(chǔ)器[13]。但在后續(xù)存儲(chǔ)器的研究進(jìn)展一直不大，直到 90 年代末，硫系化合物的應(yīng)用小和微電子工藝的發(fā)展使得相變存儲(chǔ)器迎來(lái)了春天，自此，相變發(fā)展階段，英特爾，美光，，三星等國(guó)際知名半導(dǎo)體公司均在相變。在國(guó)內(nèi)，華中科技大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研是早早將相變存儲(chǔ)器作為重點(diǎn)研究，并都有著各自的成就[14]。hinsky 提出的相變存儲(chǔ)器的原理是：相變材料在晶體狀態(tài)和非晶體的過(guò)程中，非晶體和晶體呈現(xiàn)出不同的光反射和電阻特性，因此非晶態(tài)和晶態(tài)表示二進(jìn)制位“0”，“1”來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。這一理論后inshy 電效應(yīng)。目前，相變存儲(chǔ)器采用電致相變，即以電脈沖作為激焦耳熱，進(jìn)而發(fā)生相變。

圖 1-2 二硫化鉬結(jié)構(gòu)示意圖[21]根據(jù)堆疊方式不同，層狀結(jié)構(gòu)的二硫化鉬分為 1T、2H、3R 型三種晶體結(jié)構(gòu)下圖 1-3 所示。其中 1T- ′2為亞穩(wěn)相，晶型結(jié)構(gòu)具有金屬性，Mo 原子為八面位,晶胞由 1 個(gè) S-Mo-S 單分子層組成。2H- ′2為穩(wěn)定相，晶型結(jié)構(gòu)具有半導(dǎo)，Mo 原子為三角棱柱配位,晶胞由 2 個(gè) S-Mo-S 單分子層組成。3R- ′2也為相，Mo 原子為三角棱柱配位，晶胞由 3 個(gè) S-Mo-S 單分子層組成。自然界中 3R 形式存在，并且 2H 為最常見，最穩(wěn)定的狀態(tài)，1T 狀態(tài)可在實(shí)驗(yàn)室通過(guò)插入獲得[30]。
【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】：2019
【分類號(hào)】：TP333

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本文編號(hào)：2702794