二硫化钼隔层型相变存储单元的三维热、力仿真与分析

发布时间：2020-06-08 08:15

【摘要】：在新一代非易失性存储器件的研究中,相变存储器以其高读写速度和高可靠性等优点脱颖而出。相变存储器是基于相变材料晶态和非晶态之间的巨大电阻差异进行存储的。在工作时,利用不同电流脉冲产生的焦耳热,使相变材料在晶态和非晶态之间进行可逆转换,从而实现相变存储器的存储。由于相变存储器依靠热效应工作,在其工作时伴随着较大的温度变化,对其进行热学分析和由热膨胀引起的应变和应力分析就显得十分必要。在半导体存储器中,功耗和使用寿命一直是重要的性能指标。本文在相变存储器中加入小热导率的二维材料——二硫化钼作为隔层,构建出新的模型,来对其进行热学和力学的分析。基于工程项目上常用的有限元法,本文利用Ansys Workbench进行相变存储单元的三维模型构建和求解分析。在相同条件下分别建立T型结构和层状结构,对其进行电热和热应力的模拟,探究其热量散失的主要途径,分析其温度分布、形变和应力变化等。然后构建具有二硫化钼隔层的T型结构和层状结构,对其进行模拟仿真,得到两种新型结构的热学和力学的相关参数,并与传统结构进行对比分析。仿真分析的结果显示,无论是T型结构还是层状结构,二硫化钼隔层的确能提高相变单元的热效率,减少Reset电流,同时,在力学分析中,二硫化钼隔层的加入也使相变层所受的应力更小,即能减小内部应力对于相变单元的破坏,使相变存储单元的工作寿命更长,尤其在层状结构中,这种应力的减小更为明显。进一步分析二硫化钼隔层在两种结构中的所起的作用,找到其提高相变存储单元热效率和减小内部应力的原因。此外,二硫化钼隔层的加入能减少热量散失,即能减小对相邻单元的热影响,这对于存储单元阵列的热串扰问题有一定程度的改善。
【图文】：

并与 Intel 公司达成合作。同年 9 月 28 日，他们联合发导体电子存储器件，这也是世界上第一款相变存储器[13]。但在后续存储器的研究进展一直不大，直到 90 年代末，硫系化合物的应用小和微电子工艺的发展使得相变存储器迎来了春天，自此，相变发展阶段，英特尔，美光，，三星等国际知名半导体公司均在相变。在国内，华中科技大学、中国科学院上海微系统与信息技术研是早早将相变存储器作为重点研究，并都有着各自的成就[14]。hinsky 提出的相变存储器的原理是：相变材料在晶体状态和非晶体的过程中，非晶体和晶体呈现出不同的光反射和电阻特性，因此非晶态和晶态表示二进制位“0”，“1”来存储数据。这一理论后inshy 电效应。目前，相变存储器采用电致相变，即以电脉冲作为激焦耳热，进而发生相变。

图 1-2 二硫化钼结构示意图[21]根据堆叠方式不同，层状结构的二硫化钼分为 1T、2H、3R 型三种晶体结构下图 1-3 所示。其中 1T- ′2为亚稳相，晶型结构具有金属性，Mo 原子为八面位,晶胞由 1 个 S-Mo-S 单分子层组成。2H- ′2为稳定相，晶型结构具有半导，Mo 原子为三角棱柱配位,晶胞由 2 个 S-Mo-S 单分子层组成。3R- ′2也为相，Mo 原子为三角棱柱配位，晶胞由 3 个 S-Mo-S 单分子层组成。自然界中 3R 形式存在，并且 2H 为最常见，最稳定的状态，1T 状态可在实验室通过插入获得[30]。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP333

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本文编号：2702794