相變存儲器具有可靠性高、循環(huán)壽命長和存儲速度快等優(yōu)點,被認為是最有發(fā)展?jié)摿Φ拇鎯ζ髦�。隨著對計算機及存儲技術(shù)要求的不斷提高,無論是器件設(shè)計還是材料優(yōu)化,相變存儲器都在不斷的研究與發(fā)展中。相變存儲器的核心是以硫系化合物為基礎(chǔ)的相變材料,這種材料可以從非晶態(tài)轉(zhuǎn)變到晶態(tài),其相變和微觀結(jié)構(gòu)的演化導致存儲器存在電學或光學反差,從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲。相變材料的成分、電極層和超點陣結(jié)構(gòu)等均對其晶粒生長、局部原子排列和織構(gòu)演化有較大的影響,進而影響相變存儲器材料的電導率或光學反射率,實現(xiàn)多層次存儲。因此,研究相變材料的結(jié)構(gòu)和性能對于相變存儲器極為重要。本文主要對經(jīng)典Ge2Sb2Te5（GST）和新型多層次Ga-Sb相變存儲器材料的微觀結(jié)構(gòu)、相變機理和應(yīng)用進行了系統(tǒng)研究,并討論了相關(guān)元素摻雜和超點陣結(jié)構(gòu)相變存儲器在性能上的提高機制。首先研究了經(jīng)典GST薄膜的織構(gòu)演變,證明Si基底上沉積的亞穩(wěn)態(tài)fcc結(jié)構(gòu)GST薄膜存在立方{100}<001>和旋轉(zhuǎn)立方{100}<011>這兩種織構(gòu)組分,應(yīng)變能密度最小是GST/Si晶化時產(chǎn)生擇尤取向的主要驅(qū)動力。SiO2基底上沉積的fcc結(jié)構(gòu)GST薄... 

【文章來源】：北京科技大學北京市 211工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：188 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

圖２－１?ＦＲＡＭ工作原理圖??

?北京科技大學博士學位論文???揮發(fā)性、低功耗、無限次讀寫、抗輻射等優(yōu)點，在空間、軍事、移動通訊等??領(lǐng)域的應(yīng)用有很大優(yōu)勢。但是當磁性隨機存儲器密度提高時，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)很??容易受到外界的磁場和振動的影響，且磁性隧道結(jié)的加工制備難度較大，從??大規(guī)模應(yīng)用的角度來看，其工藝、技術(shù)都存在著一些問題［８＿９］。??隧道結(jié)－一??固定層??低電阻“０”?高電阻“１”??圖２－２磁性隧道結(jié)存儲單元的結(jié)構(gòu)??相變存儲器（ＰＣＭ）是通過物質(zhì)相變來實現(xiàn)信息存儲的一種存儲器，１９６８??年，ＯｖｓｈｉｎｓｋｙＳＲｎＧ】首次描述了基于相變理論的存儲器，即材料在非晶態(tài)－晶??態(tài)－非晶態(tài)相變過程中，其非晶態(tài)和晶態(tài)呈現(xiàn)不同的光學和電學特性，因此可??以用非晶態(tài)代表“０”，晶態(tài)代表“１”來實現(xiàn)信息存儲，這被稱為Ｏｖｓｈｉｎｓｋｙ??電子效應(yīng)。相變存儲器就是基于Ｏｖｓｈｉｎｓｋｙ效應(yīng)的元件，也被命名為Ｏｖｓｈｉｎｓｋｙ??電效應(yīng)統(tǒng)一存儲器（ＯＵＭ，Ｏｖｓｈｉｎｓｋｙ?Ｕｎｉｆｉｅｄ?Ｍｅｍｏｒｙ）。??相變存儲器主要利用電能（焦耳熱）使相變存儲器材料在晶態(tài)（低阻）??與非晶態(tài)（高阻）之間相互轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)信息的讀娶寫入和擦除，工作原理??是將數(shù)據(jù)的寫入和讀取分為三個過程，分別是“Ｓｅｔ?（設(shè)置）”、“Ｒｅｓｅｔ?（重置）”??和“Ｒｅａｄ?（讀�。薄！埃樱澹簟边^程就是施加一個寬而低的脈沖電流于相變材料??上，使其溫度升高到結(jié)晶溫度ｒｘ以上、熔點溫度ｒｍ以下，相變存儲器材料??形核并結(jié)晶，此時相變存儲器材料的電阻較低，代表數(shù)據(jù)“１”�！埃遥澹螅澹簟边^程??就是施加一個窄而強的脈沖電流于相變存儲器材料上，使其溫度升高到熔點??溫度以上，隨后

?多層次相變存儲器材料的織構(gòu)演化與光電特性???陣－??ｎ——｜，＾＿ｌｓｎ——｜??Ｔｎ，???ｆ?＼Ｖｍ??????此時材料處于高電明狀態(tài)」??圖２－３相變存儲器的工作原理??這幾種新型存儲器的共同特點是其存儲單元都是基于不同材料特性的非??易失性存儲器，而不是傳統(tǒng)的電荷存儲技術(shù)。表２－１給出了這幾種存儲器己??有產(chǎn)品的性能對比數(shù)據(jù)。可以看出，相變存儲器在擦除時間、可循環(huán)次數(shù)上??具有一定的優(yōu)勢。目前相變存儲器被認為最有可能取代當今主流存儲器而成??為未來存儲器的主流產(chǎn)品［｜１］。近年來，英特爾（Ｉｎｔｅｌ）、三星（Ｓａｍｓｕｎｇ）、國??際商業(yè)機器ＵＢＭ）、飛利浦（Ｐｈｉｌｉｐｓ）和意法半導體（ＳＴ?Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ）??等公司以及很多大學和研宄所都在這一領(lǐng)域開始進行研宄，在基礎(chǔ)研究和應(yīng)??用研究領(lǐng)域取得了較大的進展，極大地促進了相變存儲器的發(fā)展。相變存儲??器的核心是以硫系化合物為基礎(chǔ)的相變材料，這種材料中存在非晶相和晶相，??這兩種狀態(tài)的結(jié)構(gòu)差異導致相變材料的電學性能和光學性能明顯不同。因此，??研究相變材料的結(jié)構(gòu)和性能對于相變存儲器極為重要。??表２－１幾種新型存儲器之間的性能對比??項目?ＦＬＡＳＨ?ＦＲＡＭ?ＭＲＡＭ?ＰＣＲＡＭ??單元尺寸（Ｆ２）?４－１１?４－１６?６－２０?５－８??非揮發(fā)性?是?是是是??讀／寫時間?６０ｎｓ／２０〇ｎｓ?８０／８０?ｎｓ?３０／３０?ｎｓ?５０／１０ｎｓ??擦除時間?１－１００?ｍｓ?８０?ｎｓ?３０?ｎｓ?５０?ｎｓ??破壞性讀取?否?是／否?否?否??可擦寫次數(shù)?１０５?


本文編號：3011825