相變存儲器多態(tài)存儲機理研究.pdf

1、隨著信息產業(yè)的快速發(fā)展,人們對移動存儲的需求急劇增長。由于Flash存儲技術具有非揮發(fā)的存儲特性,因此被廣泛地用于具有移動存儲功能的各種產品中。 然而Flash技術要求較高的寫入電壓、寫入速度也很慢(us量級),很難適應未來高速、低功耗的存儲要求。在這種情況下,相變存儲器的研究被提上了議事日程。相變存儲器是利用硫系化合物在非品態(tài)和晶態(tài)的電阻率差異實現(xiàn)雙穩(wěn)態(tài)的存儲。由于相變存儲器具有快速的寫/擦速度(ns量級)、高密度存儲能力、良

2、好的數(shù)據(jù)保存特性以及能夠和目前的CMOS工藝兼容等優(yōu)點被業(yè)界認為最有希望替代閃存(Flash),成為下一代非揮發(fā)存儲器的主流存儲技術。 如何提高存儲器的存儲密度是一個值得研究的課題。通常有兩種方式能夠實現(xiàn)這個目標:一種是縮小存儲單元的尺寸,以便提高單位面積的存儲能力:另外一種方法就是多態(tài)存儲。所謂多態(tài)存儲,就是在同一個存儲單元巾存儲多個狀態(tài),這樣可以在不縮小存儲單元尺寸的前提下,提高存儲密度。目前在相變存儲器的研究中,大部分的研

3、究重點放在如何減小存儲單元尺寸上,因為這樣既可以提高存儲密度又可以降低reset過程的寫電流.本研究在相變存儲器的set過程尋求多態(tài)存儲的解決方案,并在以下幾方面進行了研究:(1)、研究了單層相變薄膜實現(xiàn)多態(tài)存儲的可能性.對傳統(tǒng)的相變材料(GST)進行改性,制備了N摻雜的GST.研究表明,N摻雜通過提高GST的晶化溫度和相變溫度,提高了GST的高溫穩(wěn)定性；摻雜的N和Ge結合形成GeN,該物質存在于GST的晶界上,束縛晶粒長大的同時也增強

4、了非晶態(tài)、晶態(tài)fcc相以及晶態(tài)hex相的電阻率穩(wěn)定性,從而提高了非晶態(tài)、晶態(tài)fcc相以及晶態(tài)hex相的電阻率區(qū)分度,有利于利用這三個狀態(tài)的電阻率分別表征不同的存儲狀態(tài),實現(xiàn)多態(tài)存儲。 (2)、提出了將不同電阻率的相變薄膜疊加、形成的層疊薄膜具有多態(tài)存儲的能力.通過.ANSYS軟件分析了該層疊薄膜實現(xiàn)多態(tài)存儲的原因是:相同電流流過相變薄膜時,在電阻率較高的薄膜內產生較高的溫升,這樣電阻率較高的薄膜能夠在較小的電流下先于電阻率低的薄

5、膜發(fā)生晶化,從而達到分層晶化的效果,多態(tài)存儲就能夠實現(xiàn).我們進一步通過實驗驗證了層疊薄膜(GST-Si/W/GST)中的 GST-Si和GST 能在1.4mA和5.2mA被分別晶化,層疊相變薄膜的分層晶化效果明顯,層疊相變薄膜的多態(tài)存儲特性得到很好的證明。 (3)、研究了W阻擋層在層疊相變薄膜分層晶化中所起的作用。計算表明,W阻擋層的引入有助于緩解相變薄膜晶化瞬間對相鄰相變薄膜造成的電、熱干擾,從而有利于分層晶化的實現(xiàn)。通過實