相变存储单元电阻性能的仿真与分析

摘要

相变存储器是下一代最有希望的新型非易失性存储器，具有功耗低、可擦写、耐久性高、保持信息时间长以及尺寸小等优点，相变存储单元中的相变材料在非晶态（高阻态）和晶态（低阻态）之间发生可逆转换，阻值差异决定了存储容量，为了提升相变存储单元的存储性能，对相变存储单元的电阻性能进行仿真研究具有重要的意义。
　　本文基于相变存储单元的存储原理和有限元法求解电、热方程，模拟相态转换过程并建立了相变仿真单元的物理模型和数学模型，以自下而上型结构作为存储单元仿真模型，在MATLAB环境下编写仿真程序，设计递增型脉冲和等幅型脉冲，对存储单元进行RESET操作，研究脉冲参数以及存储单元尺寸对存储单元的影响。
　　首先，改变脉冲参数，脉冲参数会影响存储单元相态分布从而影响存储单元的阻值，将递增型脉冲与单脉冲相比，脉宽越大，两种脉冲对存储单元阻值变化的影响差距越小，当脉宽大于60ns且脉冲幅值大于0.95V时，递增型脉冲与单脉冲对存储单元阻值影响差异显著减小；将递增型脉冲与等幅脉冲相比，等幅型脉冲对存储单元的加热速率比递增型脉冲快，但在递增型脉冲作用下，更易得到存储单元部分非晶化从而实现电阻可控且存储单元能得到不同量级的阻值状态，实现多值存储。
　　其次，改变存储单元尺寸，存储单元相变层厚度会影响存储单元的加热速率，RESET过程所需的最小脉宽也会随着相变层厚度的增加而增加；改变加热电极高度，相同脉冲条件下，加热电极高度值越大，存储单元非晶化比率也越低；由于电流拥挤效应的存在，加热电极与相变层之间的接触面积越小，RESET电流也会随之减小且阻值增加的速度也越快；改变接触面积与加热电极之比，得到接触面积的大小对存储单元存储性能的影响要大于加热电极。当存储单元尺寸发生变化时，最优尺寸能够在最短时间内达到某一阻值，从而加快编程速率，降低功耗，施加不同形式的脉冲，在不同存储单元尺寸下调控脉冲参数，存储单元阻值的变化量会随着存储单元尺寸变化。

目录

声明

1 绪 论

1.1引言

1.2相变存储器的存储机理

1.3相变存储器的发展与现状

1.4课题研究的意义与内容

2相变存储单元仿真原理及模型

2.1相变存储单元结构

2.2相变存储单元材料参数

2.3相变存储单元仿真流程

2.4相变存储单元仿真原理

2.5相变存储单元阻值计算方法

2.6本章小结

3 脉冲参数对存储单元的影响

3.1等幅方波脉冲对存储单元阻值的影响

3.2递增型脉冲对存储单元电阻的影响

3.3递增型脉冲与单脉冲进行比较

3.4等幅脉冲与递增型脉冲比较

3.5本章小结

4 相变存储单元尺寸的研究

4.1改变相变层厚度的仿真结果

4.2改变加热电极高度的仿真结果

4.3改变接触面积的仿真结果

4.4改变接触面积与加热电极高度之比的仿真结果

4.5本章小结

5 总结与展望

5.1总结

5.2展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表论文及参与工作