相变存储阵列的测试方法及热串扰HSPIC模拟研究

摘要

作为下一代有广阔前景的非易失性固态存储器之一，相变存储器（Phase Change Memory）具有功耗低、速度快、可实现多值存储等优势，在近年来得到了飞速发展。相变存储器工作的核心原理是利用相变材料温度和热量的变化引起相态的改变来实现不同的存储状态，因此对相变存储阵列相关温度特性的研究是研究重点之一。相变存储器的集成度的提高受到阵列工艺、容量以及单元间热串扰等因素的制约。对于大容量相变存储器，我们需要不断对相变存储阵列进行相关电特性测试来指导工艺技术的改进和提高，同时，在目前还没有成熟的阵列热串扰测试方法的情况下，通过建立模型进一步模拟分析阵列热串扰对进一步提高相变存储器的集成度具有指导意义。
　　在测试相变存储阵列时，本文构建了一个可以准确快速选取相变存储阵列中指定单元进行测试的测试系统，系统的核心是阵列选址测试板。本文研究重点之一便是阵列选址测试板的设计与制作，测试板主要分为行选择电路和列选择电路，行列选择电路结构类似，均是由多级开关阵列实现多路复用模拟通道的选通。文中通过选址测试板对相变存储阵列样品进行测试，测试结果验证了测试板优良的选通功能和阵列良好的工作性能。
　　为了进一步分析研究相变存储阵列存储单元之间的热串扰现象，本文另一个研究重点是根据热学、电学、晶体动力学等基本原理构建了相变存储阵列HSPICE模型。文中详细介绍了模型各个模块的构建思路及原理，确定了各模型参数。首先，通过基本仿真结果与相变存储器工作原理对比验证了模型的可行性；然后基于该模型对相邻单元间的热串扰进行了仿真，研究了擦写操作时热串扰引起邻近单元的温升与相邻单元阈值电压、操作脉冲幅值及宽度之间的变化规律，并基于这些规律初步提出了估测热串扰温升的思路和利用反馈调节机制降低热串扰影响的方法。

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1 绪论

1.1 相变存储器简介

1.2 相变存储器单元及阵列的测试方法

1.3 相变存储器热积累和热串扰研究现状

1.4 相变存储器建模

1.5 本论文研究目的与内容安排

2 相变存储阵列测试系统的设计

2.1 相变存储器阵列结构

2.2 相变存储阵列的测试方法

2.3 相变存储阵列测试系统的设计

2.4 256Kb相变存储阵列选址测试板的实现

2.5 256Kb相变存储阵列测试结果示例

2.6 本章小结

3 相变存储阵列HSPICE模型构建

3.1 相变存储器阵列建模相关理论

3.2 相变存储器阵列模型

3.3 本章小结

4 相变存储器阵列HSPICE模型模拟仿真

4.1 相变存储器单元相变过程仿真

4.2 热串扰对相邻单元阈值电压的影响

4.3 热串扰对相邻单元工作脉冲参数的影响

4.4 相变存储阵列热串扰测试与反馈调节

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