硫系相變高密度探針存儲系統(tǒng)的研究.pdf

1、在知識化和數(shù)字化的時代，需要存儲和處理的信息量與日俱增，這就要求存儲材料和器件具備更高的存儲密度和更快的響應(yīng)速率。如何提高存儲速率、實現(xiàn)納米尺度的信息存儲是需要解決的關(guān)健問題之一。相變探針存儲技術(shù)具有高存儲密度、高存儲容量的特點，采用探針陣列時還可以獲得高速的讀寫特性，是目前最有可能取代傳統(tǒng)存儲手段的前沿技術(shù)之一。本文主要針對可用于相變材料讀寫擦等操作的納米相變存儲系統(tǒng)進行探索性的研究，重點從如何驅(qū)動相變存儲介質(zhì)或探針陣列、探針存儲控制

2、系統(tǒng)以及探針定位控制等方面進行設(shè)計。 本文首先選取了內(nèi)存式存儲系統(tǒng)作為相變探針存儲系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，后續(xù)工作皆以此為基礎(chǔ)。根據(jù)各種微驅(qū)動方式的特點，選擇了結(jié)構(gòu)簡單、適合于集成化制造的靜電力驅(qū)動方式。設(shè)計了用于相變探針存儲系統(tǒng)的微型靜電驅(qū)動器，具有面積為12×12m㎡的中央XY平臺和100μm的靜態(tài)位移，平臺上相變存儲介質(zhì)的面積定為6.4×6.4m㎡，并考慮分析了該驅(qū)動器的可靠性以及機械干涉問題。分析表明，所設(shè)計的靜電微驅(qū)動器的結(jié)構(gòu)

3、是合理的，各項參數(shù)是可行的，可以滿足相變探針存儲系統(tǒng)的要求。 相變存儲系統(tǒng)對信息的讀寫如何正確可靠地進行，是本文探討的重要內(nèi)容。設(shè)計了存儲控制系統(tǒng)的整體方案，包括系統(tǒng)尋址方案、探針定位、單元選擇方法的確定等。系統(tǒng)尋址方案不同于傳統(tǒng)的RAM，ROM，EPROM等半導(dǎo)體存儲器，必須分兩次進行譯碼尋址。對字節(jié)單元進行尋址實際是對兩個陣列矩陣定位的問題，即先確定探針陣列的位置，再選定某個字節(jié)單元。對探針定位與單元選擇方法作了周密考慮。

4、 探針的正確定位是探針存儲系統(tǒng)的關(guān)健問題。本文就探針定位控制系統(tǒng)中的三個主要集成電路功能模塊分別進行了設(shè)計，并進行SPICE模擬仿真。三個功能模塊分別是：11位數(shù)值比較器、11位數(shù)值減法器以及高速高精度D/A轉(zhuǎn)換器。 數(shù)值比較器和減法器為純數(shù)字電路，由基本門級電路組成。11值比較器采用4+4+3的分段結(jié)構(gòu)，即采用四位數(shù)值比較器和三位數(shù)值比較器的組合來實現(xiàn)11值比較器。11值減法器采用先行進位和串行進位相結(jié)合的方法。模擬結(jié)果

5、表明兩者的邏輯功能正確，性能較好。 數(shù)模轉(zhuǎn)換器的性能如何，將直接影響并制約著整個存儲控制系統(tǒng)的性能。D/A轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、子電路比較多，如溫度碼譯碼器設(shè)計、CMOS帶隙基準電壓源、電壓電流轉(zhuǎn)換電路、運算放大器、輸出電流源等。DAC的設(shè)計采用分段譯碼電流舵結(jié)構(gòu)，高5位采用溫度碼譯碼，低6位采用直接二進制碼。根據(jù)臺積電TSMC0.35μmCMOS工藝的特點與要求，設(shè)計出了具體的電路。用集成電路專用軟件Tannertoolspro