论文部分内容阅读
相变存储器(Phase Change Memory, PCM)利用的是材料晶态时低阻与非晶态的高阻特性来实现逻辑存储的一种技术,是最有可能在45nm以下技术代取代SRAM、DRAM和Flash等当今主流产品而成为未来商用主流非易失存储器件,必将在未来的存储器市场占有相当重要的地位。然而,相变存储器的擦写功耗、复位电压、热稳定性和擦写寿命一直是相变存储器发展的几个瓶颈。本论文的工作是在前人的研究基础上,提出一种能够应用于嵌入式存储器的新型相变材料Ga3Sb8Te1 ,然后设计了一种基于Ga3Sb8Te1具有更低功耗,高稳定性和更高擦写频率的相变存储器器件原型,并且根据器件原型建立仿真模型,对基于Ga3Sb8Te1的新型相变存储器进行性能评估并与基于传统GST材料(如Ge2Sb2Te5)的相变存储器进行对比。仿真结果发现:1.由于基于Ga3Sb8Te1薄膜材料的PCM由于具有较大的TX/Tm,可有效降低多次复位过程由热扩散所引起的结晶,进而提高器件可重复擦写次数,即器件存储可靠性;该相变存储器随着特征尺寸的缩小复位电流和功耗会持续下降,其中小电极的持续减小可以实现大幅度降低相变操作电流的目的;2.当电极特征尺寸在90nm时,基于Ga3Sb8Te1的相变存储器相变中心的复位电流约为1mA,而基于传统GST材料Ge2Sb2Te5相变存储器为1.5m A以上;当电极特征尺寸在65nm时,基于Ga3Sb8Te1的相变存储器相变中心的复位电流约为0.6mA,而基于传统GST材料相变存储器为1m A左右;在工艺节点降至45nm时,基于Ga3Sb8Te1的相变存储器相变中心的电流将低于0.5mA。由此可见,基于Ga3Sb8Te1的并且比基于传统GST材料相变存储器具有更低的功耗。3.基于Ga3Sb8Te1存储单元的擦写频率分别约为100MHz和14MHz,其中置位(写入)频率约为比传统GST材料提高了14.3%;该存储器的在不同物质相的状态下的电阻比值约500倍,具有稳定的逻辑状态。4. Ga3Sb8Te1的电学特性能够保证达到传输功率最大化的要求,器件尺寸的设计可以达到预定工艺参数的要求,并且具有尺寸持续缩小的能力。