新型相变随机存储器单元仿真系统研制

摘要

硫属相变随机存储器（Chalcogenide based phase-change Random Access Memory，CRAM）利用存储介质的可逆相变实现信息存储，以其优越的性能满足了存储器的高速存储、非易失性、抗辐照性等的发展需求，将成为未来存储器主流产品之一。
　　 本论文综合考虑CRAM存储机理、结构、电路设计及存储介质性能对存储特性的影响，首次结合存储元建模与仿真、存储电路设计与仿真、软件开发等技术，原创性地研制了CRAM存储单元仿真系统。
　　 首先设计了CRAM存储单元读写操作电路。写操作电路包括脉宽可调的脉冲发生电路、脉冲幅值可调的写驱动电路；读操作电路包括读电流源、读出放大器；并釆用Hspice，基于0.18μm标准逻辑CMOS工艺进行了电路仿真。
　　 其次设计、研发CRAM存储单元仿真系统，包括B/S架构、模块设计和代码分层实现。其中，系统程序集包含业务数据层、业务逻辑层、通用层、数据访问层、系统框架层、Web表现层。利用ActiveX技术、COM组件编程技术、Matlab接口编程技术等，有效地集成了电路仿真和存储元物理仿真。结果显示，仿真系统可产生脉冲宽度、幅度分别在4ns到150ns和0.25V到3V之间可调的脉冲，并可以实现自下而上、边缘接触式、工字形、加热阻层（α-C）自下而上等四种结构存储元的读、写仿真。
　　 之后基于专业安装盘制作软件InstallShield，开发了仿真系统安装包，使安装过程中自动完成组件注册、服务启动、系统配置等工作。
　　 最后，基于研发的仿真系统，对四类存储元进行了一系列仿真。结果表明：脉冲、存储介质相变参数、存储元结构对存储特性均有较大的影响；研发的仿真系统功能完善、性能良好，能对存储单元的读、写性能进行评估，是指导电路设计、存储元设计的优良仿真工具。