Ge2Sb2Te5相變存儲器相變機(jī)理的研究.pdf

1、相變存儲器被認(rèn)為是最有希望替代現(xiàn)有存儲器技術(shù)的下一代非揮發(fā)性存儲器。Ge2Sb2Te5(GST)雖然是一種比較成熟的材料，但它的特性還在不斷摸索中。特別是將它用在相變存儲器上后，對材料的電學(xué)性能提出了更高的要求，這就需要優(yōu)化并改進(jìn)GST材料的特性。為此首先必須澄清GST材料的導(dǎo)電機(jī)制和相變機(jī)理，但是這些一直被廣泛爭論卻無統(tǒng)一說法。本文的研究目的即是探明并澄清上述未明機(jī)制，然后再尋找改進(jìn)材料特性和提升器件性能的方法。
　　 本文的

2、研究內(nèi)容主要分為三部分：相變存儲器的相關(guān)介紹，第一性原理計(jì)算以及導(dǎo)電模型的建立，具體內(nèi)容如下：
　　 (1)介紹了四種主要的下一代非揮發(fā)性存儲器的各自特點(diǎn)及工作原理，著重介紹了相變存儲器的發(fā)展、工作原理和研究現(xiàn)狀，并討論了常見的介電層漏電流機(jī)制，為后面建立導(dǎo)電模型提供了理論基礎(chǔ)和依據(jù)。
　　 (2)采用第一性原理計(jì)算了Hexagonal結(jié)構(gòu)GST的晶格常數(shù)、能帶結(jié)構(gòu)、態(tài)密度分布、有效質(zhì)量等物理性質(zhì)，探索和尋找影響材料導(dǎo)電

3、特性的因素，對摻雜改進(jìn)GST特性提出了可行的指導(dǎo)方案，闡明了GST材料快速相變的物理機(jī)制。
　　 (3)根據(jù)GST相變存儲器的不同工作狀態(tài)，建立了包含溫度效應(yīng)的GST相變存儲器完整導(dǎo)電模型，并據(jù)此解釋了亞閾值區(qū)中各種I-V特征不同斜率的物理成因及其導(dǎo)電機(jī)制，澄清了S型負(fù)微分電導(dǎo)的物理成因，建立了GST相變存儲器閾值電壓模型，還對如何減小存儲器功耗給出了指導(dǎo)方案。
　　 本文的計(jì)算結(jié)果主要包括：
　　 (1)第一

4、性原理計(jì)算結(jié)果表明，計(jì)算所得的帶隙小于光學(xué)測量值。態(tài)密度結(jié)果顯示費(fèi)米面兩側(cè)存在較高的載流子濃度，容易導(dǎo)致開態(tài)漏電流，可通過摻雜Si來增加阻值。而快速相變的物理機(jī)理則是由于Te原子層沿[210]晶向整體向上滑動了一層，并且留下了一個(gè)空位，形成了亞穩(wěn)態(tài)的FCC結(jié)構(gòu)所導(dǎo)致。
　　 (2)亞閾值區(qū)的導(dǎo)電機(jī)制為跳躍導(dǎo)電。S型負(fù)微分電導(dǎo)的形成是由于高場下的載流子倍增所導(dǎo)致。閾值電壓僅和相變層厚度相關(guān)，可通過按比例縮小相變存儲器單元或減小相變