相變存儲(chǔ)器多態(tài)存儲(chǔ)機(jī)理研究.pdf

1、隨著信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展,人們對(duì)移動(dòng)存儲(chǔ)的需求急劇增長(zhǎng)。由于Flash存儲(chǔ)技術(shù)具有非揮發(fā)的存儲(chǔ)特性,因此被廣泛地用于具有移動(dòng)存儲(chǔ)功能的各種產(chǎn)品中。 然而Flash技術(shù)要求較高的寫入電壓、寫入速度也很慢(us量級(jí)),很難適應(yīng)未來(lái)高速、低功耗的存儲(chǔ)要求。在這種情況下,相變存儲(chǔ)器的研究被提上了議事日程。相變存儲(chǔ)器是利用硫系化合物在非品態(tài)和晶態(tài)的電阻率差異實(shí)現(xiàn)雙穩(wěn)態(tài)的存儲(chǔ)。由于相變存儲(chǔ)器具有快速的寫/擦速度(ns量級(jí))、高密度存儲(chǔ)能力、良

2、好的數(shù)據(jù)保存特性以及能夠和目前的CMOS工藝兼容等優(yōu)點(diǎn)被業(yè)界認(rèn)為最有希望替代閃存(Flash),成為下一代非揮發(fā)存儲(chǔ)器的主流存儲(chǔ)技術(shù)。 如何提高存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)密度是一個(gè)值得研究的課題。通常有兩種方式能夠?qū)崿F(xiàn)這個(gè)目標(biāo):一種是縮小存儲(chǔ)單元的尺寸,以便提高單位面積的存儲(chǔ)能力:另外一種方法就是多態(tài)存儲(chǔ)。所謂多態(tài)存儲(chǔ),就是在同一個(gè)存儲(chǔ)單元巾存儲(chǔ)多個(gè)狀態(tài),這樣可以在不縮小存儲(chǔ)單元尺寸的前提下,提高存儲(chǔ)密度。目前在相變存儲(chǔ)器的研究中,大部分的研

3、究重點(diǎn)放在如何減小存儲(chǔ)單元尺寸上,因?yàn)檫@樣既可以提高存儲(chǔ)密度又可以降低reset過(guò)程的寫電流.本研究在相變存儲(chǔ)器的set過(guò)程尋求多態(tài)存儲(chǔ)的解決方案,并在以下幾方面進(jìn)行了研究:(1)、研究了單層相變薄膜實(shí)現(xiàn)多態(tài)存儲(chǔ)的可能性.對(duì)傳統(tǒng)的相變材料(GST)進(jìn)行改性,制備了N摻雜的GST.研究表明,N摻雜通過(guò)提高GST的晶化溫度和相變溫度,提高了GST的高溫穩(wěn)定性；摻雜的N和Ge結(jié)合形成GeN,該物質(zhì)存在于GST的晶界上,束縛晶粒長(zhǎng)大的同時(shí)也增強(qiáng)

4、了非晶態(tài)、晶態(tài)fcc相以及晶態(tài)hex相的電阻率穩(wěn)定性,從而提高了非晶態(tài)、晶態(tài)fcc相以及晶態(tài)hex相的電阻率區(qū)分度,有利于利用這三個(gè)狀態(tài)的電阻率分別表征不同的存儲(chǔ)狀態(tài),實(shí)現(xiàn)多態(tài)存儲(chǔ)。 (2)、提出了將不同電阻率的相變薄膜疊加、形成的層疊薄膜具有多態(tài)存儲(chǔ)的能力.通過(guò).ANSYS軟件分析了該層疊薄膜實(shí)現(xiàn)多態(tài)存儲(chǔ)的原因是:相同電流流過(guò)相變薄膜時(shí),在電阻率較高的薄膜內(nèi)產(chǎn)生較高的溫升,這樣電阻率較高的薄膜能夠在較小的電流下先于電阻率低的薄

5、膜發(fā)生晶化,從而達(dá)到分層晶化的效果,多態(tài)存儲(chǔ)就能夠?qū)崿F(xiàn).我們進(jìn)一步通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了層疊薄膜(GST-Si/W/GST)中的 GST-Si和GST 能在1.4mA和5.2mA被分別晶化,層疊相變薄膜的分層晶化效果明顯,層疊相變薄膜的多態(tài)存儲(chǔ)特性得到很好的證明。 (3)、研究了W阻擋層在層疊相變薄膜分層晶化中所起的作用。計(jì)算表明,W阻擋層的引入有助于緩解相變薄膜晶化瞬間對(duì)相鄰相變薄膜造成的電、熱干擾,從而有利于分層晶化的實(shí)現(xiàn)。通過(guò)實(shí)