相变随机存储器的三维热模拟与结构设计

发布时间：2020-05-09 07:26

【摘要】：相变随机存储器的优越性能使得它成为极具潜力的下一代新型非易失性存储器。相变随机存储器的存储功能,是通过施加不同的电脉冲产生热量,使得具有低阻的晶态和高阻的非晶态两个状态的相变材料在两态之间转换而实现的。因此,研究相变随机存储器的电热效应是十分必要的,尤其当特征尺寸逐渐减小时。本文基于有限元分析原理,利用有限元分析软件ANSYS建立了相变随机存储器单元三维模型,并对其进行了一系列参数改变下的电热模拟。改变一种特征尺寸下的T型结构相变存储单元的一些材料参数(包括相变材料、电极材料、隔离层材料的热导率和相变材料的电阻率),得到了一些规律并进行了分析;模拟存储单元的特征尺寸大小对温度分布的影响;然后以特征尺寸100nm的相变单元为基准等比例缩小相变存储单元,得到不同特征尺寸下(45nm,32nm,22nm,16nm和10nm)关键结构参数(相变层厚度,隔离层厚度等)对温度分布的影响。 Reset电流过大一直是制约相变随机存储器发展的原因之一。本文提出了一种新型的非对称结构。经过三维电热仿真验证,与T型结构相比,该结构能够提高相变单元内的电流密度,减少温度耗散,因此能够降低Reset电流。然后对不同特征尺寸下(45nm,32nm,22nm,16nm和10nm)该结构的一些关键参数(相变层厚度、偏移量)做了一系列仿真,观察它们对非对称结构相变单元温度分布的影响,找出更能发挥非对称结构优势的结构参数。此外,比较了同等条件下T型结构和非对称结构相变单元的差别,找出非对称结构优于T型结构的原因,并发现等比例缩小时,非对称结构低功耗优越性更加明显,这对于高密度存储有着重要的意义。
【图文】：

示意图,随机存储,相变区,相变

ircoelectronics）联合发布了首款 PCM 原型样片——代码是市场上首批交付给客户评测的相变存储器的功能芯片司和恒忆（Numony B.V.）公布了一项突破性的 PCRAM展示了能够在单个硅片上堆叠或放置多个 PCRAM 阵列机存取非易失性存储器和存储应用降低所占用的空间，的存储器设备铺平了道路[11]。而今年 4 月份，恒忆公司umonyx Omneo PCM，包括支持串行外设接口的 OmneoTR 接口的 OmneoTMP8P PCM，其写入速度有望达到现有闪存的 10 倍[12]。中国科学院上海微系统与信息技术研究所、华中科技大变存储器研究的单位，，现在已经取得了一定的进展[13,14]储器的原理

I-V曲线,I-V曲线,相变材料

储中的“0”）能够实现存储的功能[15]。 1-1 给出了相变存储器工作原理的示意图。短而尖的脉冲用来实现 Re0”到“1”）。在这个尖脉冲的作用下，相变材料的温度迅速上升到熔620℃左右）以上，在脉冲迅速下降的过程中，分子来不及重组，相为非晶态。非晶区域的电阻率高于晶态几个数量级，因此器件此时表。使存储单元回到 Set（从“1”到“0”）状态，就要施加如图中的矮而使得相变材料上升到高于结晶温度但是低于熔化温度的，然后退火使态[2]。据的读取（Read）则是通过施加电脉冲（很小，不足以使相变材料发转换）测得相变单元的阻值，高阻为“0”，低阻为“1”。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TP333.8

【参考文献】