相变存储器双向脉冲操作特性研究

摘要

相变存储器在读写速度、功耗、成本、抗辐射性和多级存储方面相较于其他类型存储器具有明显优势，最有可能成为下一代主流半导体存储器。由于相变存储器在多晶态和非晶态两种状态下存在的巨大电阻差异，使之有条件实现多值存储甚至模拟存储。目前，国内外对相变存储器非晶化率调制方法的研究，是通过改变脉冲的参数和个数，对相变材料非晶化剪裁，然而这些脉冲调制方式的特点都是利用单极性的脉冲进行调制，并且没有考虑到电阻漂移的抑制问题。电阻漂移是影响相变存储器多级存储性能的重要因素。
　　本文指出进行单向脉冲操作过程中，由电脉冲引发的焦耳热加剧了相变层中的Ge、Sb和Te的离子扩散效应，而单向电场加剧了相变层内离子迁移，因此在晶化区域与非晶化区域界面处，或者相变层内靠近电极处的两端，形成了一层耗尽层，这层特殊区域在外界因素影响下极不稳定，是相变单元电阻漂移的主要成因。双向脉冲调制使相变层在发生上述过程后又出现一个反向电场，抵消了前一个脉冲中形成的离子迁移，抑制耗尽区域的生长，从而抑制电阻漂移。
　　本文提出利用双向脉冲调制相变存储单元的方法，并设计相变单元的制备和测试方案，制备了一批相变存储单元样品，搭建用以进行IV测试、RV测试、双向脉冲调制实验和相变单元电阻漂移的测试平台。对双向脉冲调制进行了模拟仿真，得到双向脉冲在不同参数下对相变存储单元的仿真结果。得到一种双向脉冲调制方法，实验结果表明双向脉冲调制可以应用于多值存储，并且能够抑制不稳定区域生长，有效抑制相变存储单元的电阻漂移。

目录

声明

1 绪论

1.1 半导体存储器

1.2 相变存储器（PCRAM）

1.3 相变存储器的基本原理

1.4 相变存储器多值存储技术

1.5 双脉冲调制技术

1.6 论文目的和研究内容

2 双向操作实验设计

2.1 主要实验设备

2.2 相变存储单元样品制备流程

2.3 相变存储器电学性能参数

2.4 本章小结

3 双向脉冲实验的Hspice仿真

3.1 仿真模型

3.2 双向脉冲幅值调制仿真

3.3 双向脉冲间隔调制仿真

3.4 双向脉冲脉宽调制仿真

3.5 本章小结

4 双向脉冲调制实验和电阻漂移测试

4.1 测试方法及流程

4.2 样品基本性能

4.3 双向脉冲调制测试结果

4.4 电阻漂移测试

4.5 本章小结

5 结论和展望

5.1 工作总结

5.2 展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表的主要论文和申请专利