相变随机存储器电特性测试方法研究

发布时间：2020-06-11 00:06

【摘要】： 作为目前最有可能取代FLASH成为存储器市场上下一代主流产品的相变随机存储器,在近段时间获得了迅猛的发展。相比其他市场上的主流存储器,相变存储器有着非易失性、快擦写速度、高可靠性、低功耗、长寿命、与CMOS工艺兼容等优点。然而,在相变存储器飞速发展的同时,相变存储器的相关测试技术也面临了巨大的挑战,适用于相变存储器特性的测试系统和测试方法也随之成为焦点。基于这一点,本文研制了一套相变存储器电特性测试系统来测试相变存储器的相关电特性,该系统由皮秒脉冲发生器、半导体特性测试仪、微控探针台、射频/直流探针、射频电缆以及6G示波器组成。 相变存储器的写入、擦除、读出操作可以通过脉冲发生器产生不同幅度和宽度的激励脉冲来实现。本文基于相变存储器的工作原理,在自主研制的测试平台的基础上,设计了一系列的相变存储单元电特性的测试方案,包括I-V/V-I特性测试、重复性测试、写脉冲初始条件测试、擦脉冲初始条件测试、稳定性测试、疲劳特性测试,高速相变存储器电特性测试等。本文还深入探究了相变存储器的最快写入速度,并实现了200ps的写入操作。 这些测试方案及测试结果为相变存储器工作速度、功耗、工作寿命等特性的研究提供了有效的途径和参考,对相变材料特性的研究也具有指导意义。
【图文】：

相变存储器概述相变存储器是利用硫系化合物作为存储介质的一种非易失性随机存储器，是.Ovshinsky 在 20 世纪 60 年代提出的 Ovshinsky 电子效应存储器[19]。由于其具度快、擦写次数高、功耗低、稳定性好、可多值存储、与 MOS 工艺兼容良，在 2000 年后得到飞速发展，如今已成为下一代主流存储器的热门候选。.1 相变存储器原理相变存储器的核心就是相变材料。相变材料一般情况下有两种状态：多晶态。当材料处于多晶态的时候，原子呈长程有序排列，电阻率低；而当材料处的时候，原子呈短程有序排列，电阻率高。这样我们就可以应用相变材料的非晶态来对应数据存储中的 1 和 0 两个逻辑状态。而通过对其施加不同的电，便可使其在多晶态和非晶态之间转变，也就完成了数据的存储与擦除。其非晶态具体形貌见图 1-2。

米级的尺寸下依然能保持良好的性能。上对相变材料的要求，自 1968 年 S.R.Ovshinsky 发现 Te 材料学者不断地优化材料，这其中经历了漫长的过程。纯 Te 材料具有很快的结晶速度，但是非晶状态在室温下不稳后，可以增加非晶状态在室温下的稳定度，但是会让结晶速率；然后，研究者又找到了 Sb 这个活跃元素[24-25]。其中 SbTe 合环操作性能好，而 GeTe 合金的非晶态稳定，熔点较高；考虑SbTe 合金材料最终被提出，它兼顾了非晶态的稳定性、结晶方面的优势[26-27]，成为当今相变材料的主流。从事相变材料的学者普遍认为 GeSbTe 是比较成熟优越的相变Te5，Ge1Sb2Te4，，Ge1Sb4Te7，这其中又以 Ge2Sb2Te5性能最佳GeSbTe 一系列材料在结晶速度，结晶温度上的差异[28]。本论存储单元均是以 Ge2Sb2Te5作为相变材料。
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TP333

【引证文献】

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1 徐扬;PCI Express接口相变存储卡的设计[D];华中科技大学;2011年

本文编号：2707074