相变存储器低功耗优化研究及其在多态存储中的应用
发布时间：2021-07-12 10:33
相变存储器（PCM）利用的是材料晶态时低阻与非晶态的高阻特性来实现逻辑存储的一种技术,是最有可能在45nm以下技术代取代SRAM、DRAM和Flash等当今主流产品而成为未来商用主流非易失存储器件,必将在未来的存储器市场占有相当重要的地位。由于高低阻态的巨大差距,PCM的多态存储能力得到了越来越多的重视。功耗的降低与存储容量的增加是存储器研究永恒的主题,本论文在前人研究的基础上,使用ANSYS有限元分析软件对多种降低PCM功耗的方法进行了研究,提出了一种多态存储的层叠结构,并且对其实现了低功耗优化。本文首先建立了相变存储器存储单元的有限元分析模型,对相变材料以及加热电极热电参数对加热效率、功耗的影响进行了研究。模拟研究表明:引入了随温度变化的相变层热导率,能更精确地模拟器件温度场;加热电极电阻率与相变层电阻率越大,加热效率越高,功耗越低;但为了使加热效率更集中在相变材料层中,加热电极电阻率不能大于相变层电阻率。其中,在相变材料设计选择方面,具有较高电阻率的Si2Sb2Te5较传统的Ge2Sb2Te5更适合应用于低功耗相变存储器的应用;而在底部加热电极的选择上,具有较高电阻率和低热导率的...
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
国际半导体技术蓝图组织（ITRS）提出的存储器发展现状和趋势
相变存储的机理变存储器（PCM, Phase Change Memory），顾名思义就是利化来达到信息存储目的的一种存储器。它是最早是基于 1968 年公司的 S.R. Ovshinsky 在硫系化合物(如 GeSbTe，见图 1-2)中发现非晶态的光学特性会有显著变化，即所谓的 Ovshinsky 电子效应性已广泛应用于 CD-RW 和 DVD-RW 光碟中；一年后，他又发现电阻率也会随材料的物质相的变化而大大改变，即晶态与非晶态的 6 个数量级(对实际器件，约 2~3 个数量级)，并由此提出相变存储们就开始将此效应应用于存储器中，即开始了相变存储器（PCM。所以，PCM 有时又称为硫系化合物随机存储器（CRAM，Chalcogom Access Memory）,或 Ovshinsky 效应统一存储器（OUM, Ovid Memory）。
以使之产生相应的晶化或非晶化相变，从而改变器件存储逻辑状态。 1-4 为 PCM 在不同逻辑状态转变过程中加热合金温度随所施加电流脉的变化趋势。）设置逻辑“1” （如图 1-3.a）： 为一个中温再结晶过程。即采用中电流及较长的加热脉冲（如 100uA，脉冲时间 80ns），使原始加热接的合金材料升温至再结晶温度以上及熔化温度以下（Tx<T<Tm，通常300℃），使其从原始的非晶态产生多晶化，从而获得低电阻结晶态，并变材料的电阻率大大降低，而将器件设置为逻辑“1” [3-5]。）复位逻辑“0” （如图 1-3.b）：为一个高温淬火获得非晶态的过程。大电流作用下（如 1mA），加热接触部分合金材料，并使其升温至其a,通常>600℃）以上（T>Ta），而后快速降温使该部分材料迅速低于相保持在具有高电阻率非晶态，从而使器件复位逻辑态“0”,降温时间通10~30ns。
【参考文献】：
期刊论文
[1]氮掺杂Ge2Sb2Te5相变存储器的多态存储功能[J]. 赖云锋,冯洁,乔保卫,凌云,林殷茵,汤庭鳌,蔡炳初,陈邦明. 物理学报. 2006(08)
[2]相变型半导体存储器研究进展[J]. 刘波,宋志棠,封松林. 物理. 2005(04)
[3]相变存储器简介与展望[J]. 邓志欣,甘学温. 中国集成电路. 2005(04)
[4]Ge-Sb-Te-O相变薄膜的结晶动力学研究[J]. 顾四朋,侯立松. 无机材料学报. 2002(06)
本文编号：3279748
【文章来源】：上海交通大学上海市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：76 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
国际半导体技术蓝图组织（ITRS）提出的存储器发展现状和趋势
相变存储的机理变存储器（PCM, Phase Change Memory），顾名思义就是利化来达到信息存储目的的一种存储器。它是最早是基于 1968 年公司的 S.R. Ovshinsky 在硫系化合物(如 GeSbTe，见图 1-2)中发现非晶态的光学特性会有显著变化，即所谓的 Ovshinsky 电子效应性已广泛应用于 CD-RW 和 DVD-RW 光碟中；一年后，他又发现电阻率也会随材料的物质相的变化而大大改变，即晶态与非晶态的 6 个数量级(对实际器件，约 2~3 个数量级)，并由此提出相变存储们就开始将此效应应用于存储器中，即开始了相变存储器（PCM。所以，PCM 有时又称为硫系化合物随机存储器（CRAM，Chalcogom Access Memory）,或 Ovshinsky 效应统一存储器（OUM, Ovid Memory）。
以使之产生相应的晶化或非晶化相变，从而改变器件存储逻辑状态。 1-4 为 PCM 在不同逻辑状态转变过程中加热合金温度随所施加电流脉的变化趋势。）设置逻辑“1” （如图 1-3.a）： 为一个中温再结晶过程。即采用中电流及较长的加热脉冲（如 100uA，脉冲时间 80ns），使原始加热接的合金材料升温至再结晶温度以上及熔化温度以下（Tx<T<Tm，通常300℃），使其从原始的非晶态产生多晶化，从而获得低电阻结晶态，并变材料的电阻率大大降低，而将器件设置为逻辑“1” [3-5]。）复位逻辑“0” （如图 1-3.b）：为一个高温淬火获得非晶态的过程。大电流作用下（如 1mA），加热接触部分合金材料，并使其升温至其a,通常>600℃）以上（T>Ta），而后快速降温使该部分材料迅速低于相保持在具有高电阻率非晶态，从而使器件复位逻辑态“0”,降温时间通10~30ns。
【参考文献】：
期刊论文
[1]氮掺杂Ge2Sb2Te5相变存储器的多态存储功能[J]. 赖云锋,冯洁,乔保卫,凌云,林殷茵,汤庭鳌,蔡炳初,陈邦明. 物理学报. 2006(08)
[2]相变型半导体存储器研究进展[J]. 刘波,宋志棠,封松林. 物理. 2005(04)
[3]相变存储器简介与展望[J]. 邓志欣,甘学温. 中国集成电路. 2005(04)
[4]Ge-Sb-Te-O相变薄膜的结晶动力学研究[J]. 顾四朋,侯立松. 无机材料学报. 2002(06)
本文编号：3279748
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