面向低功耗优化的相变信息存储半导体及其相变过程的第一性原理研究

发布时间：2022-02-08 23:00

　　随着“大数据”时代的到来,海量的数据存储及分析对计算机和存储器的性能提出了挑战。另一方面,人工智能领域的快速推进,也促使数据的存储和处理朝着通用型存储和“存算一体化”的方向发展。在这种发展趋势下,传统的半导体存储器在性能的发展也逐渐显得力不从心。人们迫切需要找到同时具有非易失性、速度快、功耗低、高集成度等优点的新型存储器。在这种需求下,以相变存储器为代表的多种新型非易失性半导体存储器应运而生。相变存储器以相变材料为信息存储的载体。相变材料在一定外界条件,通常是电脉冲作用下可以实现其晶相和非晶相之间的可逆相变。两相的性质差异为信息存储提供了两个基本的逻辑状态“0”和“1”。相变存储器由于其良好的数据保持力,快速的存储速度等优点得到了广泛关注,并且已经实现了商业化应用。不过,与阻变存储器、自旋转矩存储器等新型半导体存储器相比,相变存储器的功耗明显要高许多。特别是在器件集成度越来越高的情况下,高功耗将带来诸多问题。为降低相变存储的功耗,该领域的研究者们提出了减少相变区域体积、设计新的低功耗相变材料组分,和使用可避免熔化过程的诱发相变外界条件等方法。本论文中,针对相变存储功耗高的问题,我们使用... 

【文章来源】：吉林大学吉林省211工程院校985工程院校教育部直属院校

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【部分图文】：

全球数据量发展趋势

图 1.2 IBM 发布的 TureNorth 芯片[5]。要求给目前使用的半导体存储器带来了挑战。不过这种高要求也促进了新型半导体存储技术的研发，也为半导体存储器领域带来了新的机遇。

图 1.3 相变材料相变过程基本原理。Tm表示熔点，Tc表示玻璃化转变温度。相变材料主要是一类硫族化合物[29-31]，这类材料能发生可逆相变的现象最早是由美国著名科学家、发明家 S. R. Ovshinsky 在 1968 年发现的[32]。相变材料主要的组成元素属于 IV、V、IV 三个主族，原子之间主要以 p 电子进行成键。如

【参考文献】：
期刊论文
[1]A Phase Change Memory Chip Based on Ti Sb Te Alloy in 40-nm Standard CMOS Technology[J]. Zhitang Song,Yi Peng Zhan,Daolin Cai,Bo Liu,Yifeng Chen,Jiadong Ren.  Nano-Micro Letters. 2015(02)
[2]Ge2Sb2Te5材料与非挥发相转变存储器单元器件特性[J]. 凌云,林殷茵,赖连章,乔保卫,赖云锋,冯洁,汤庭鳌,蔡炳初,Bomy.Chen.  功能材料. 2005(08)
[3]硫系化合物随机存储器研究进展[J]. 封松林,宋志棠,刘波,刘卫丽.  微纳电子技术. 2004(04)
[4]相变光存储研究的新进展[J]. 顾四朋,侯立松.  物理学进展. 2002(02)

博士论文
[1]相变存储半导体的电子规律与存储过程的第一性原理研究[D]. 陈念科.吉林大学 2018
[2]二元碲化物相变材料存储特性的研究[D]. 李润.南京大学 2013

硕士论文
[1]单层MoS2半导体材料的光电性质研究[D]. 张勇.湖南师范大学 2014
[2]用于新型相变存储器的锗锑碲薄膜的结构和电学性质[D]. 刘文强.南京大学 2011



本文编号：3615913