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用于相变存储器的新型器件和新型相变材料研究

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论文说明:英文缩写说明

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第一章 绪论

1.1 研究背景

1.1.1相变材料的由来和基本特性

1.1.2相变材料已有的应用:光盘存储

1.1.3相变材料的新应用:相变存储器

1.2 论文研究工作概述与选题动机

1.3 论文安排

第二章 相变存储器的基本原理,发展现状与趋势

2.1 存储原理

2.2 基本特性与测试方法

2.3 器件性能与现状

2.4 目前的主要问题

2.4.1过大的编写电流

2.4.2工艺波动的干扰

2.4.3位线上的电压降

2.4.4保持特性

2.5 解决的办法和途径

2.5.1操作电流问题

2.5.2可靠性问题

2.5.3其他问题

2.6 主要竞争对手们的未来发展和比较

2.7 总结和挑战

第三章 新型多值存储器件

3.1 工业生产中的要求

3.2 多态存储的可能性

3.3 一种新型的多值存储方法

3.4 器件的热学模拟

3.5 器件的制备方法

3.6 器件的性能

3.6.1器件的输出曲线

3.6.2器件的多值存储

3.7 总结

第四章 制备高性能相变材料的新方法

4.1 研究背景

4.2 (Si+N)-codoped GST薄膜的制备

4.3 (Si+N)-codoped GST薄膜的性能测试

4.3.1电阻与温度的关系

4.4 结构性能的改变

4.5 器件特性

4.6 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

硕士学习期间发表的学术论文

致谢

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摘要

随着目前非挥发存储器的主要代表Flash在存储器市场大行其道,作为下一代非挥发存储器的候选者们也成为了人们当前关注的焦点之一。其中主要的候选者有:磁存储器(MRAM),铁电存储器(FeRAM),电阻存储器(RRAM)和相变存储器(PRAM)。其中,相变存储器以单元面积小、与传统CMOS工艺兼容性好、易于继续缩小、具有多值编写能力以及抗干扰抗辐射能力强等优点脱颖而出,成为有望取代Flash的佼佼者。Intel甚至在2006年第21届非挥发性半导体内存学会上称“32nm以后是相变存储器的时代”。 目前,PRAM面临的主要问题是Reset操作电流过大,导致CMOS驱动电路需要更大尺寸的栅宽,并导致驱动电路占用了更大的芯片面积,这是不希望见到的。通常的解决办法就是减小相变材料和存储电路的特征尺寸,或者提高相变材料的电阻率,或者使用二极管制造驱动管。然而由于第一和第三种方法需要在成本更高的工艺条件下进行,所以对于现有的存储器生产并没有很大的优势。 针对目前PRAM的问题,本文提出了一种全新的存储器件概念,它可以实现低成本多值存储。这种基于薄膜晶体管的存储单元,通过半导体层部分材料的相变来改变沟道长度从而实现多植存储:而且,由于薄膜晶体管不需要占用硅表面,所以可以使用层叠立体结构以实现高密度存储,而将有限的硅衬底面积让给外围电路。同时,本文也创新性的提出一种提高相变材料晶态电阻率的方法,通过将Si、N共掺到GST中,形成了Si-N键,增大了载流子的散射率,进而大大提高了相变材料的晶态电阻,有利于降低Reset电流。 上述结果,使得相变存储器中高密度存储和低成本生产更易实现,这将使得相变存储器在今后的非挥发存储市场上极具竞争力。 本文共分5章。第1章介绍相变材料的发展和相变存储器的由来。第2章具体介绍相变存储器的各种结构,对相变存储器整体进行评估,包括其目前的主要问题和未来发展趋势,同时将它和其竞争对手进行全面比较。第3章集中阐述相变存储器的高密度(多值)存储方案,包括方案的提出,热学模拟分析,实验结果验证,以及现存的不足之处和相关的改进工作。第4章分析阐述了相变材料的改进,包括设想的提出以及实验验证。第5章作整体总结论述。

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