相變存儲(chǔ)器新型器件性能及熱模擬.pdf

1、從2001年Intel在IEDM發(fā)表第一篇相變存儲(chǔ)器的論文到2007年Samsung發(fā)表512Mb的PCM實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，相變存儲(chǔ)器的發(fā)展迅猛。Intel甚至在2006年第21屆非揮發(fā)性半導(dǎo)體內(nèi)存學(xué)術(shù)會(huì)議上稱"32nm以后是相變存儲(chǔ)器的時(shí)代”。相變存儲(chǔ)器由于其工藝簡(jiǎn)單，操作速度快，抗疲勞和保持特性好，與CMOS工藝兼容，是下一代非揮發(fā)存儲(chǔ)器的有力的競(jìng)爭(zhēng)者。 相變存儲(chǔ)器(PCM)是通過電脈沖改變GST材料的多晶和非晶狀態(tài)來改變電阻的，目

2、前面臨的主要問題是操作電流過大，解決的方法是減小整個(gè)存儲(chǔ)單元的特征尺寸或者優(yōu)化相變材料性能。 減小特征尺寸將減小相轉(zhuǎn)換所需的能量從而減小電流，同時(shí)還提高了存儲(chǔ)密度。但是由于受光刻條件的限制，相變材料的特征尺寸不能無限制的減小，所以人們開始設(shè)計(jì)研究各種不同的存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)，比如邊墻結(jié)構(gòu)，U trench以及環(huán)狀結(jié)構(gòu)。本文提出了另外兩種新型的存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)Ge2Sb2Te5-TFT器件結(jié)構(gòu)和1T2R結(jié)構(gòu)。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，我們對(duì)結(jié)構(gòu)的性能有了更

3、深入的了解，并為進(jìn)一步的應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。通過建立熱學(xué)模型模擬器件尺寸，結(jié)構(gòu)，材料特性對(duì)相變存儲(chǔ)器RESET電流的影響，對(duì)提高器件性能提供依據(jù)。PCM的電阻改變是通過電脈沖控制GST材料的溫度來實(shí)現(xiàn)的，因此了解寫操作過程中PCM的熱學(xué)特性對(duì)于理解其工作非常重要。 優(yōu)化相變材料性能是解決操作電流大的又一條途徑，實(shí)驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)對(duì)GST摻雜Si可以提高材料晶態(tài)的電阻率，從而降低電流。我們從微觀角度建模對(duì)其機(jī)理進(jìn)行探討。 本文共分5章