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通过高长宽比横向结构的设计提升基于Ge2Sb2Te5材料的相变存储器的多值存储能力

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Science China Materials 2022年第10期65卷 2818-2825页

作者：赵锐哲何明泽王伦陈子琪程晓敏童浩缪向水 Wuhan National Laboratory for Optoelectronics School of Optical and Electronic InformationHuazhong University of Science and TechnologyWuhan 430074China Hubei Yangtze Memory Laboratories Wuhan 430205China

如何进一步提高存储密度是相变存储(PCM)应用于存储级内存(SCM)的关键挑战.然而,相变存储器主要通过尺寸微缩和多值操作来提高存储密度,往往面临严重的热串扰和相分离问题.为此,我们提出了一种高长宽比(25:1)的横向纳米线器件,该器件采... 详细信息

如何进一步提高存储密度是相变存储(PCM)应用于存储级内存(SCM)的关键挑战.然而,相变存储器主要通过尺寸微缩和多值操作来提高存储密度,往往面临严重的热串扰和相分离问题.为此,我们提出了一种高长宽比(25:1)的横向纳米线器件,该器件采用传统的硫系化合物Ge_(2)Sb_(2)Te_(5)就可以实现稳定的多值操作,并且器件具有较好的一致性以及较低的电阻漂移系数(0.009),其优异的多值性能主要是由于在设计的高长宽比结构中,绝缘层侧壁的限制使得相变材料的非晶区域可以精确控制,这也被透射电子显微镜分析证实.本文设计的纳米线器件为提升高深宽比三维相变存储器的多值存储能力提供了重要指导.

关键词：相变存储器存储密度 Ge2Sb2Te5 多值存储多值性高深宽比相变材料结构的设计

一种三维相变存储器1S1R存储单元电路仿真模型

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上海交通大学学报 2022年第12期56卷 1649-1657页

作者：张光明雷宇陈后鹏俞秋瑶宋志棠中国科学技术大学微电子学院合肥230026 上海市纳米科技与产业发展促进中心上海200237 中国科学院上海微系统与信息技术研究所上海200050

三维相变存储芯片1S1R存储单元由双向阈值选通管(OTS)和相变存储器件(PCM)串联组成.为了解决现有OTS和PCM电路仿真模型不能准确模拟器件电学特性和物理特性、不适用于限制型PCM等问题,提出了一种采用Verilog-A语言实现的1S1R电路仿真模... 详细信息

三维相变存储芯片1S1R存储单元由双向阈值选通管(OTS)和相变存储器件(PCM)串联组成.为了解决现有OTS和PCM电路仿真模型不能准确模拟器件电学特性和物理特性、不适用于限制型PCM等问题,提出了一种采用Verilog-A语言实现的1S1R电路仿真模型.该模型实现了对OTS电学特性和PCM相变过程中电流、温度、熔融比例、晶态比例和非晶比例变化的模拟,具有良好的收敛性和较快的仿真速度,仿真结果与器件实际测试结果吻合.与传统模型相比,该模型针对限制型PCM特点,实现了对PCM熔融过程、晶态非线性、熔融电阻率稳定和OTS亚阈值非线性、双向选通特性的模拟和集成.分析了OTS亚阈值非线性参数和读电压窗口的关系,发现当OTS阈值电流约等于PCM阈值电流时读窗口最大;展示了1S1R单元直流和阵列瞬态仿真结果,为三维相变存储器的电路设计和仿真提供了基础.

关键词：相变存储器电路仿真模型双向阈值选通管 Verilog-A

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相变存储器及其用于神经形态计算的研究综述

人工晶体学报 2020年第12期49卷 2398-2405页

作者：杜玲玲周细应李晓上海工程技术大学材料工程学院上海201620

目前随着人工智能领域的兴起以及人们对数据存储和计算的强烈需求,迫切需要存储器的改进和类似于人脑的高效存储运算效率。所以,相变存储器及其用于神经形态计算的研究是极具价值的。相变存储材料(PCMs)受到激发时所产生的电阻值变化可... 详细信息

目前随着人工智能领域的兴起以及人们对数据存储和计算的强烈需求,迫切需要存储器的改进和类似于人脑的高效存储运算效率。所以,相变存储器及其用于神经形态计算的研究是极具价值的。相变存储材料(PCMs)受到激发时所产生的电阻值变化可以用来建立尖峰神经网络从而实现模拟神经形态计算系统。本文介绍了相变存储器物理机制,其中包括相变材料的相变原理及主要性能特征,重点叙述了相变存储器在优化存储与计算方向的研究进展和应用,进而为该领域未来的发展方向提供参考。

关键词：相变存储器相变材料神经形态计算系统相变突触/神经元

具有超低器件功耗和超低电阻漂移的多级相变存储器

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Science Bulletin 2021年第21期66卷 2217-2224,M0004页

作者：刘宾李开旗刘万良周健吴良才宋志棠 Stephen R.Elliott 孙志梅 School of Materials Science and Engineering Beihang UniversityBeijing 100191China Center for Integrated Computational Materials Engineering International Research Institute for Multidisciplinary ScienceBeihang UniversityBeijing 100191China State Key Laboratory of Functional Materials for Informatics Shanghai Institute of Microsystem and Information TechnologyChinese Academy of SciencesShanghai 200050China College of Science Donghua UniversityShanghai 201620China Department of Chemistry University of CambridgeCambridge CB21EWUK Physical and Theoretical Chemistry Laboratory University of OxfordOxford OX13QZUK

硫系相变存储材料能够通过调控非晶相与晶相体积占比的方式实现多级信息存储,在高密度信息存储和神经元计算等领域展现出巨大潜力.然而,多级信息存储多饱受器件功耗过高以及电阻漂移严重的困扰.基于此,本文报道了一种新型钇掺杂碲化锑... 详细信息

硫系相变存储材料能够通过调控非晶相与晶相体积占比的方式实现多级信息存储,在高密度信息存储和神经元计算等领域展现出巨大潜力.然而,多级信息存储多饱受器件功耗过高以及电阻漂移严重的困扰.基于此,本文报道了一种新型钇掺杂碲化锑多级信息存储体系.该体系存在基于非晶相、亚稳立方相以及稳定六方相之间的多级可逆相变,并具有超低器件功耗(0.6~4.3 p J)和超低电阻漂移系数(相变存储的新途径.

关键词：相变存储器信息存储编程操作存储体系钇掺杂定向迁移可逆相变相稳定性

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相变存储器多值存储的微观结构研究

功能材料与器件学报 2022年第2期28卷 115-120页

作者：刘成赵进辛天骄郑勇辉宋文雄成岩华东师范大学极化材料与器件教育部重点实验室上海200241 中国科学院上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室上海200050

相变存储器(PCRAM)由于高速、高密度、低功耗及可持续微缩等优点,成为新型半导体存储器的研究热点。本文采用磁控溅射的方法和标准半导体工艺制备了Ge_(2)Sb_(2)Te_(5)(GST)基PCRAM器件,通过不同电压脉冲宽度的电阻-电压(R-V)测试发现... 详细信息

相变存储器(PCRAM)由于高速、高密度、低功耗及可持续微缩等优点,成为新型半导体存储器的研究热点。本文采用磁控溅射的方法和标准半导体工艺制备了Ge_(2)Sb_(2)Te_(5)(GST)基PCRAM器件,通过不同电压脉冲宽度的电阻-电压(R-V)测试发现该器件具有多值存储特性。采用透射电子显微镜(TEM)分析了不同阻值状态的微观结构,发现伴随着PCRAM器件电阻值的降低,GST材料层由底电极处开始晶化,并最终延伸至上电极,完成非晶态(a-phase)向晶态的结构转变。结果表明,PCRAM器件的多阻态来源于晶态(非晶态)区域的体积占比不同。

关键词：相变存储器多值存储 GST 微结构演化

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相变存储器写寿命延长关键技术研究进展

计算机工程与科学 2018年第9期40卷 1546-1555页

作者：张震付印金胡谷雨陆军工程大学指挥信息系统学院 73610部队

随着大数据分析应用时效性提升和"存储墙"问题日益突出,存储系统已成为当前计算机系统整体性能的瓶颈。以相变存储器(PCM)为代表的新型非易失性存储器(NVM)具有集成度高、功耗低、读写访问速度高、非易失、体积小和抗震等优良特性,已成... 详细信息

随着大数据分析应用时效性提升和"存储墙"问题日益突出,存储系统已成为当前计算机系统整体性能的瓶颈。以相变存储器(PCM)为代表的新型非易失性存储器(NVM)具有集成度高、功耗低、读写访问速度高、非易失、体积小和抗震等优良特性,已成为最具潜力的下一代存储设备。然而,写寿命有限是PCM实用化的一道障碍,如何通过减少写操作和磨损均衡以提升PCM使用寿命是当前的研究热点。从减少PCM写操作、均匀写操作分布以及在混合内存中的页面迁移等三个方面介绍了当前PCM写寿命延长技术的研究现状以及优缺点,最后探讨未来进一步改进PCM寿命可能的研究方向。

关键词：相变存储器混合内存写寿命磨损均衡

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相变存储器单元皮秒测试信号完整性研究

华中科技大学学报（自然科学版） 2012年第9期40卷 34-38页

作者：王苹黄冬麒李震缪向水华中科技大学电子科学与技术系湖北武汉430074 华中科技大学武汉光电国家实验室湖北武汉430074 芜湖职业技术学院电气工程系安徽芜湖241006

针对相变存储器皮秒测试系统由于矩阵开关电路分布参数以及信号通道中阻抗突变所引起的反射,严重影响了皮秒脉冲信号的完整性,使施加在相变单元上的皮秒脉冲信号严重失真,为了消除失真,改善信号完整性,从2个方面提出了解决方案:一是采... 详细信息

针对相变存储器皮秒测试系统由于矩阵开关电路分布参数以及信号通道中阻抗突变所引起的反射,严重影响了皮秒脉冲信号的完整性,使施加在相变单元上的皮秒脉冲信号严重失真,为了消除失真,改善信号完整性,从2个方面提出了解决方案:一是采用性能优良的高频继电器构成矩阵开关;二是减小反射,采取了源端阻抗匹配、负载分支端阻抗补偿、菊花链双线拓扑结构等措施,使得反射的影响减小到最小.理论分析与仿真结果表明:皮秒脉冲信号波形质量良好,满足测试要求.本测试系统为研究皮秒编程脉冲作用下相变存储器的存储机理、速度、可靠性等提供了良好的平台,也可作为电阻式随机擦写存储器单元测试系统.

关键词：相变存储器测试反射信号完整性皮秒脉冲传输线理论

Ge50Te50/Zn15Sb85纳米复合多层薄膜在高热稳定性和低功耗相变存储器中的应用

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物理学报 2020年第14期69卷 173-178页

作者：朱小芹胡益丰江苏理工学院数理学院常州213001

采用磁控溅射方法制备了Ge50Te50/Zn15Sb85纳米复合多层薄膜.研究了薄膜的电阻随温度的变化以及薄膜的晶化激活能.通过透射电子显微镜比较了晶化前后Ge50Te50/Zn15Sb85纳米复合多层薄膜的截面多层结构.制备了基于[GT(7nm)/ZS(3nm)]5多... 详细信息

采用磁控溅射方法制备了Ge50Te50/Zn15Sb85纳米复合多层薄膜.研究了薄膜的电阻随温度的变化以及薄膜的晶化激活能.通过透射电子显微镜比较了晶化前后Ge50Te50/Zn15Sb85纳米复合多层薄膜的截面多层结构.制备了基于[GT(7nm)/ZS(3nm)]5多层复合薄膜的相变存储器件,并测试了其电性能.研究表明,Ge50Te50/Zn15Sb85纳米复合多层薄膜具有较好的非晶态热稳定性和数据保持力,其器件具有较快的转变速度、较低的操作功耗和较好的循环性能.Ge50Te50/Zn15Sb85纳米复合多层薄膜是一种潜在的高热稳定性和低功耗的相变存储材料.

关键词： Ge50Te50/Zn15Sb85薄膜多层结构热稳定性相变存储器

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相变存储器失效机理的研究进展

物理 2018年第3期47卷 153-161页

作者：高丹刘波中国科学院上海微系统与信息技术研究所信息功能材料国家重点实验室上海200050 中国科学院大学北京100049 苏州科技大学化学生物与材料工程学院苏州215009

相变存储器由于具有非易失性、高速度、低功耗等优点被认为是最有可能成为下一代存储器的主流产品之一。然而存储器芯片的良率、密度和操作速度受制于性能最差的单元，因此研究相变存储器的失效机理对于存储器芯片成本的降低以及性能的... 详细信息

相变存储器由于具有非易失性、高速度、低功耗等优点被认为是最有可能成为下一代存储器的主流产品之一。然而存储器芯片的良率、密度和操作速度受制于性能最差的单元，因此研究相变存储器的失效机理对于存储器芯片成本的降低以及性能的提升至关重要。文章综述了相变存储器失效机理的研究进展，主要讨论和归纳了电性操作和工艺制程所导致的相变存储器失效模型和失效机理，包括电迁移、热动力学效应、相变应力和热应力、电压极性、结晶引发的偏析、浓度梯度、电极材料以及制造工艺引起的失效。

关键词：相变存储器失效机理电迁移应力制造工艺