【摘要】： 相變存儲器由于具有低功耗、讀寫速度快、抗疲勞、制作工藝與CMOS工藝兼容等特點,倍受業(yè)界青睞,是一種很有發(fā)展前景的非易失性新型存儲器。本論文針對相變存儲器,在國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃、國家863計劃、中國科學(xué)院以及上海市科委項目等資助下開展研究工作。本論文在大量的文獻(xiàn)調(diào)研基礎(chǔ)上,從目前相變存儲器存在的主要問題出發(fā),開展了一系列的研究工作,并獲得了以下幾個方面的結(jié)果; 1)為了提高器件的性能、降低相變存儲單元的功耗,本論文用電學(xué)和傳熱學(xué)耦合模擬的方法,詳細(xì)模擬了Reset和Set的工作過程。研究結(jié)果表明;影響Reset過程的主要器件幾何參數(shù)是底電極的尺寸,尺寸越小,Reset越容易發(fā)生;影響Set過程的主要器件幾何參數(shù)是相變材料的厚度,厚度越薄,Set越容易發(fā)生。根據(jù)模擬結(jié)果,提出了改善器件性能的新結(jié)構(gòu);如減小相變材料的相變區(qū)域、采用納米點作為電極提高加熱效率和用空心底電極降低電極尺寸等。 2)為了使相變存儲器制備工藝與集成電路工藝相兼容,需要對相變材料的化學(xué)機械拋光這一關(guān)鍵工藝進(jìn)行研究,其中拋光液是該工藝所需的關(guān)鍵材料。本論文首次采用電化學(xué)的方法系統(tǒng)研究了拋光液中的pH值、氧化劑和成膜劑等對相變材料拋光工藝的影響。研究發(fā)現(xiàn);當(dāng)拋光液的pH為10左右、氧化劑H_2O_2濃度在3wt%～5wt%、成膜劑BTA濃度為0.1wt%時,Ge_2Sb_2Te_5的表面能夠形成最為有效的鈍化層,此結(jié)果對配制拋光液很有指導(dǎo)意義。 3)采用根據(jù)電化學(xué)結(jié)果配制的拋光液,研究了相變材料對二氧化硅的拋光速率選擇比,研究結(jié)果表明;Ge_2Sb_2Te_5和SiSb_2Te_3對SiO_2拋光速率的選擇比分別為6∶1和9∶1。用化學(xué)機械拋光工藝結(jié)合刻蝕和填充工藝制作了各種鑲嵌結(jié)構(gòu)的器件陣列,結(jié)果表明;化學(xué)機械拋光工藝可以有效地去除表面殘余的Ge_2Sb_2Te_5和SiSb_2Te_3相變材料,實現(xiàn)相變材料的微納米結(jié)構(gòu);在有底電極的Ge_2Sb_2Te_5存儲單元陣列中,得到較為均勻的電學(xué)特性;結(jié)合電子束曝光的方法制作了小尺寸SiSb_2Te_3陣列,并觀察到可逆相變。 4)為了能夠低成本地制作相變存儲器陣列結(jié)構(gòu),本論文研究了相變材料的刻蝕液和濕法刻蝕工藝。優(yōu)選出HCl+H_2O_2刻蝕液,并用此刻蝕液制作出相變存儲單元陣列,在大尺寸下觀察到可逆相變。 5)為了能夠研究相變存儲器的電學(xué)性能及可靠性,本論文研制了多儀器電學(xué)性能測試系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)各個模塊的協(xié)同工作,可以用來研究相變存儲單元的電學(xué)特性、相變材料的溫度特性以及數(shù)據(jù)保持力,同時也可以用來研究其他器件特性,如浮柵,MIS結(jié)構(gòu)等。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院研究生院（上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所）
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2007
【分類號】：TP333
【圖文】：

圖1.3硫系化合物合金的工作過程):加很高的電壓于低阻狀態(tài)的合金，這時器溫度之上。當(dāng)電流消失時，熔化了的少量合基本結(jié)構(gòu)種電阻式存儲器，它是不需要任何類型的電器件。因此，它就可以用來存儲一系列電構(gòu)示意圖。它是由兩個金屬電極之間嵌入上面的電極稱為頂電極，電極和相變材料的電流或脈沖電壓時，器件就有電流流過。度高的地方產(chǎn)生熱量，使在結(jié)構(gòu)中局部達(dá)

圖17C一RAM晶體管陣列相變存儲器具有非常理想的存儲性能，而且其功耗極低，非常適用于移動產(chǎn)由于它的數(shù)據(jù)狀態(tài)跟只跟電阻的大小有關(guān)，而電阻可以出現(xiàn)多種數(shù)值，因此可以發(fā)成多級存儲器，如圖1.8所示;而且相變存儲器還可以避免了如DRAM和Fl固定電荷存儲器件中在讀取數(shù)據(jù)時可能產(chǎn)生噪聲和軟錯誤等問題。器件電阻(。hms)

相變存儲器具有非常理想的存儲性能，而且其功耗極低，非常適用于移動產(chǎn)品;由于它的數(shù)據(jù)狀態(tài)跟只跟電阻的大小有關(guān)，而電阻可以出現(xiàn)多種數(shù)值，因此可以用來開發(fā)成多級存儲器，如圖1.8所示;而且相變存儲器還可以避免了如DRAM和Flash等固定電荷存儲器件中在讀取數(shù)據(jù)時可能產(chǎn)生噪聲和軟錯誤等問題。器件電阻(。hms)編程電流(rnA)圖1.8相變存儲器可以有多個存儲狀態(tài) 1.3相變存儲器的的相變材料體系大多數(shù)材料都存在多晶態(tài)和非晶態(tài)。一般來說，材料在高溫下熔化之后，再經(jīng)過急劇冷卻的淬火過程，冷卻之后的材料就會呈非晶態(tài)。然而，用于相變存儲器中的相變材料，必須要滿足一下幾個條件:(1)這種材料的多晶態(tài)和非晶態(tài)在電學(xué)特征(如電阻率)方面有很大的差別，這樣就可以有足夠的信號區(qū)別存儲的數(shù)據(jù);中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所博士學(xué)位論文

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