相变存储器介绍.pptVIP

研究背景 存储器及其分类 （1） (内)存储器 在计算机中，起着记忆作用的部件叫存储器。必须将操作系统、应用程序和需要处理的数据等装入内存才能被CPU调用和处理。内存是一组，或多组具有数据输入/输出和数据存储功能的集成电路。 （2）外存储器 外存储器是指硬盘、软盘、磁带、光盘、移动存储器等外部存储设备。 内存可以按存储性质来分： 挥发性（ Volatile） 非挥发性（ Non-Volatile）(永久性) 相变型半导体存储器 Phase-change semiconductor memories 相变型半导体存储器是指硫系化合物随机存储器(chalcogenide -random access memory)，简称C-RAM(或PC-RAM)，又被称作奥弗辛斯基电效应统一存储器． 是基于Ovshinsky在20世纪60年代末提出的奥弗辛斯基电子效应的存储器¨ PC-RAM技术已经研究了三十多年 ，但因为只有器件单元的尺寸达到三维的纳米尺度才能充分体现出其优越性，因此在很长时期里发展非常缓慢． 在1999年之后，随着工业界的制备技术和工艺达到深亚微米甚至是纳米尺度，器件中相变材料的尺寸可以缩小到纳米量级。 材料发生相变所需的电压和功耗大大降低，可与现有的CMOS相匹配．从此，PC-RA M技术进入了快速的发展阶段． 相变存储器材料的组分 PC-RAM: 至少含有一种硫系(Ⅵ主族)元素的合金材料薄膜. 材料: GeSbTe、GeTeAsSi、GeTe、GeTeBi、GeSb (Cu，Ag)、GeTeAs、InTe、AsSbTe、SeSbTe、PbGeSb和GeSbTeN 、 GeSbTeSn 、 AglnSbTe 、 GeSbTeO 、AsTeAg、AuSbTe 和AuInTe 等. 目前PC-RAM存储器相变材料GeSbTe系合金,主要以Ge：Sb：Te 为主，Ge：Sb：Te 相变材料的研究已经有20多年的时间，其基本性能已被产业界所掌握，并且这种相变材料早在1996年之前已被成功地应用于可擦重写相变光盘中，在容量大的可擦重写相变光盘中得到广泛应用． 这种材料也具有很好的电学性能，从目前的研究状况来讲，可以满足C-RA M存储器的要求． 相变存储器 C-RAM技术已经研究了三十多年 ，但因为只有器件单元的尺寸达到三维的纳米尺度才能充分体现出其优越性，因此在很长时期里发展非常慢 在1999年之后，随着工业界的制备技术和工艺达到深亚微米甚至是纳米尺度，器件中相变材料的尺寸可以缩小到纳米量级。 由于材料发生相变所需的电压和功耗大大降低，可与现有的CMOS相匹配．从此，C-RAM技术进入了快速的发展阶段 相变存储器原理 当原子是整齐排列并形成有序三维结构时，我们称之为晶相。反之，当原子是不规则的聚集在一起时，我们称之为非晶相。 物质的晶相是可由提供能量和加热来改变的，物质的晶相变化可由两个因素决定：能量的积累和冷却的速度。 在熔解后急速冷却物质可由晶体转变为非晶体，而在退火情况下，物质可由非晶体转化为晶体。 这种过程是可逆的。依据这种转换关系，我们可实现二值记录。 相变存储器原理 Crystalline and amorphous 相变材料GST晶态非晶态的实验证据 相变存储器的编程操作 相变存储器结构 相变存储器 相变存储器 相变存储器 相变材料 结晶速率快 可高速读写 材料特点 阻值差异大 存储性质好 衡量GST 材料相变性能的几个参数 结晶温度和熔化温度---； 结晶速率时间？。 电阻率差？ 相变材料 GST在不同晶相时呈现的物质特性 相变材料 相变材料 掺杂--N 薄膜的电阻-温度特征 曲线中出现了两个明显 的电阻下降台阶，可为 C-RAM的多级存储提供 关键材料(物理学报2005) 掺杂--N 当N的掺杂量较高时，晶态电 阻在很大温度范围内变化范 围很窄，稳定性大大提高， 同时晶态电阻也都有不同程 度的提高；电阻率的提高， 降低了RESET电流。 我们小组的研究内容 1、运用自组装模版方法制备 高密度、高均匀度 的GST纳米阵列。 研究内容 3、建立纳米尺度下材料的电学性质的测量技术：固态传输波法（声表面波法），克服常规电导霍尔测量方法在高阻低迁移率测量中的困难。 利用传输波法，结合变频C-V、I-V等半导体测试技 术，表征纳米尺度GST相变材料的电学性质，实时研 究非晶状态的电导和迁移率的温度特性，分析散射 机制，输运性质和电导机理。 研究内容 因为SbSe在水中的溶积度非常小，因此它在液体中 将