相变存储器单元建模及热量累积效应研究

摘要

相变存储器被视为最具竞争力的新型非易失性半导体存储器之一，具有速度快、功耗低、可多值存储等优点。随着相变存储器速度、密度、擦写次数的提高，擦写过程中热量可能逐渐累积，引发器件内部的温度变化。实验已证明，环境温度的升高或者自热效应引发的器件温度升高，都会影响相变存储器单元的阈值电压。所以研究相变存储器单元的热量累积效应对于存储器的正常工作以及未来的低功耗应用都有重要意义。本论文的内容就是研究、分析热量累积效应的影响，并利用这一效应，采用双脉冲间隔调制实现多值存储。
　　本文首先建立了一种相变存储器单元HSPICE模型，可以对擦写过程中的温度、电阻、非晶化比例等物理量进行仿真计算。然后，采用4200-SCS半导体特性测试仪、高精度泰克数字示波器 DPO70064等搭建实验系统，对相变存储器单元施加 RESET脉冲序列，发现当脉冲间隔小于100ns时，随着脉冲个数增加，单元电阻逐渐降低，甚至降至初态电阻以下，表明 RESET脉冲序列的作用由升高电阻转变为降低电阻。继而，在HSPICE模型中引入热量累积效应并仿真R-V特性曲线，发现SET、RESET阈值电压随脉冲间隔减小而降低，而且当热量累积到一定程度时，单元出现二次晶化现象。通过一组仿真分析，研究了二次晶化的机理，认为原因是热耗散过程减慢、晶化时间延长。
　　本文还利用热量累积效应，提出通过双脉冲间隔调制实现相变存储器多值存储的思路，用一系列实验验证了此方法的可行性，并用HSPICE模型对该方法进行仿真分析。

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1 绪论

1.1 相变存储器简介

1.2 相变存储器单元建模

1.3 相变存储器多值存储

1.4 相变存储器热量累积效应的研究意义

1.5 本论文的研究目的与各部分内容安排

2 相变存储器单元HSPICE模型

2.1 相变存储器单元分析理论

2.2 相变存储器单元模型

2.3 模型参数及修正方法

2.4 模型仿真

2.5 本章小结

3 相变存储器单元热量累积效应

3.1 相变存储器单元热量累积效应实验

3.2 热量累积效应建模分析

3.3 热量累积效应机理分析

3.4 本章小结

4 基于热量累积的双脉冲间隔调制

4.1 双脉冲间隔调制实现多值存储的原理

4.2 双脉冲间隔调制实验

4.3 HSPICE模型仿真分析

4.4 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 攻读学位期间发表论文情况