相变存储器可靠性模型研究

• 作 者: 王伟
• 机 构: 北京大学
• 出 处: 北京大学
• 发表日期: 2011年期
• 关键词: 相变存储器 可靠性模块 工作操作机理 材料特性 结晶动力学 模拟验证

随着集成电路工艺的不断进步，更高性能的消费电子应用越来越广泛。随着市场对存储器产品容量，速度等的要求越来越高，并且随着传统FLASH技术所固有的问题越来越突出，新型存储技术的研究引起了市场的关注。相变存储器是未来最有可能应用的几个候选方案之一。它具有在尺寸缩小条件下高速度，低功耗，高容量等显著的特征，并且与现有的CMOS工艺兼容，随着研究的深入必然会得到快速的发展和应用。　　
本研究针对目前相变存储器发展中急需的电路模型进行了发展。随着相变存储器的应用，拥有与实际符合的电路工作模型对于相变存储器的广泛应用有重要的意义。虽然相变存储器具有许多的优点，但是由于相变存储器材料本身的非晶态特性及编程操作原理，器件的可靠性问题是各方研究的主要问题。我的论文研究内容主要发展的是相变存储器可靠性模块，讨论了相变存储器的工作操作机理及材料特性等方面的内容。　　
论文中主要讨论了两方面的问题：首先我们针对器件非晶态状态存在的数据保持力问题，结合结晶动力学原理开发了与非晶态材料直接相关的数据保持力的模拟验证工具，并且结合物理的结晶动力学模型及结构驰豫模型综合得到了数据保持力的模型，这个模型加入到小组已有的器件SPICE模型中可以有效得反应出器件非晶态状态的电阻变化规律；其次，为了深入研究器件读写可靠性问题，我们从器件操作过程中核心的热分布问题入手，根据器件工作条件下发展了基于Planar结构的温度分布的Spice模型，而且基于热传导方程推导得到了器件内部的温度分布模型；最后我们结合非晶态材料的特性，发展了非晶态材料的电学传导的模拟工具，并且结合模拟结果发展了基于跳跃传导的电学工作模型，并且与数值模拟对结构进行了验证，这些工作为系统研究器件读写可靠性模型提供了基础。最后一章对工作的进一步发展和目标进行了总结。