相變存儲(chǔ)器（PCM）利用的是材料晶態(tài)時(shí)低阻與非晶態(tài)的高阻特性來(lái)實(shí)現(xiàn)邏輯存儲(chǔ)的一種技術(shù),是最有可能在45nm以下技術(shù)代取代SRAM、DRAM和Flash等當(dāng)今主流產(chǎn)品而成為未來(lái)商用主流非易失存儲(chǔ)器件,必將在未來(lái)的存儲(chǔ)器市場(chǎng)占有相當(dāng)重要的地位。由于高低阻態(tài)的巨大差距,PCM的多態(tài)存儲(chǔ)能力得到了越來(lái)越多的重視。功耗的降低與存儲(chǔ)容量的增加是存儲(chǔ)器研究永恒的主題,本論文在前人研究的基礎(chǔ)上,使用ANSYS有限元分析軟件對(duì)多種降低PCM功耗的方法進(jìn)行了研究,提出了一種多態(tài)存儲(chǔ)的層疊結(jié)構(gòu),并且對(duì)其實(shí)現(xiàn)了低功耗優(yōu)化。本文首先建立了相變存儲(chǔ)器存儲(chǔ)單元的有限元分析模型,對(duì)相變材料以及加熱電極熱電參數(shù)對(duì)加熱效率、功耗的影響進(jìn)行了研究。模擬研究表明:引入了隨溫度變化的相變層熱導(dǎo)率,能更精確地模擬器件溫度場(chǎng);加熱電極電阻率與相變層電阻率越大,加熱效率越高,功耗越低;但為了使加熱效率更集中在相變材料層中,加熱電極電阻率不能大于相變層電阻率。其中,在相變材料設(shè)計(jì)選擇方面,具有較高電阻率的Si2Sb2Te5較傳統(tǒng)的Ge2Sb2Te5更適合應(yīng)用于低功耗相變存儲(chǔ)器的應(yīng)用;而在底部加熱電極的選擇上,具有較高電阻率和低熱導(dǎo)率的... 

【文章來(lái)源】：上海交通大學(xué)上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：76 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)藍(lán)圖組織（ITRS）提出的存儲(chǔ)器發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)

相變存儲(chǔ)的機(jī)理變存儲(chǔ)器（PCM, Phase Change Memory），顧名思義就是利化來(lái)達(dá)到信息存儲(chǔ)目的的一種存儲(chǔ)器。它是最早是基于 1968 年公司的 S.R. Ovshinsky 在硫系化合物(如 GeSbTe，見(jiàn)圖 1-2)中發(fā)現(xiàn)非晶態(tài)的光學(xué)特性會(huì)有顯著變化，即所謂的 Ovshinsky 電子效應(yīng)性已廣泛應(yīng)用于 CD-RW 和 DVD-RW 光碟中；一年后，他又發(fā)現(xiàn)電阻率也會(huì)隨材料的物質(zhì)相的變化而大大改變，即晶態(tài)與非晶態(tài)的 6 個(gè)數(shù)量級(jí)(對(duì)實(shí)際器件，約 2~3 個(gè)數(shù)量級(jí))，并由此提出相變存儲(chǔ)們就開(kāi)始將此效應(yīng)應(yīng)用于存儲(chǔ)器中，即開(kāi)始了相變存儲(chǔ)器（PCM。所以，PCM 有時(shí)又稱為硫系化合物隨機(jī)存儲(chǔ)器（CRAM，Chalcogom Access Memory）,或 Ovshinsky 效應(yīng)統(tǒng)一存儲(chǔ)器（OUM, Ovid Memory）。

以使之產(chǎn)生相應(yīng)的晶化或非晶化相變，從而改變器件存儲(chǔ)邏輯狀態(tài)。 1-4 為 PCM 在不同邏輯狀態(tài)轉(zhuǎn)變過(guò)程中加熱合金溫度隨所施加電流脈的變化趨勢(shì)。）設(shè)置邏輯“1” （如圖 1-3.a）： 為一個(gè)中溫再結(jié)晶過(guò)程。即采用中電流及較長(zhǎng)的加熱脈沖（如 100uA，脈沖時(shí)間 80ns），使原始加熱接的合金材料升溫至再結(jié)晶溫度以上及熔化溫度以下（Tx<T<Tm，通常300℃），使其從原始的非晶態(tài)產(chǎn)生多晶化，從而獲得低電阻結(jié)晶態(tài)，并變材料的電阻率大大降低，而將器件設(shè)置為邏輯“1” [3-5]。）復(fù)位邏輯“0” （如圖 1-3.b）：為一個(gè)高溫淬火獲得非晶態(tài)的過(guò)程。大電流作用下（如 1mA），加熱接觸部分合金材料，并使其升溫至其a,通常>600℃）以上（T>Ta），而后快速降溫使該部分材料迅速低于相保持在具有高電阻率非晶態(tài)，從而使器件復(fù)位邏輯態(tài)“0”,降溫時(shí)間通10~30ns。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]氮摻雜Ge2Sb2Te5相變存儲(chǔ)器的多態(tài)存儲(chǔ)功能[J]. 賴云鋒,馮潔,喬保衛(wèi),凌云,林殷茵,湯庭鰲,蔡炳初,陳邦明.  物理學(xué)報(bào). 2006(08)
[2]相變型半導(dǎo)體存儲(chǔ)器研究進(jìn)展[J]. 劉波,宋志棠,封松林.  物理. 2005(04)
[3]相變存儲(chǔ)器簡(jiǎn)介與展望[J]. 鄧志欣,甘學(xué)溫.  中國(guó)集成電路. 2005(04)
[4]Ge-Sb-Te-O相變薄膜的結(jié)晶動(dòng)力學(xué)研究[J]. 顧四朋,侯立松.  無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào). 2002(06)



本文編號(hào)：3279748