高密度非挥发存储体系的建模与设计

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1、高密度非挥发存储体系的建模与设计摘要摘要本文以下一代非挥发存储器的高密度解决方案为中心，针对相变存储器和阻变存储器分别进行了探索性的研究。在评估了相变单元多值存储的可行性后，我们提出并实现了基于物理机理的多值相变存储单元HSPICE模型；在高密度的相变存储阵列中，我们提出了对称位线补偿、步进字线电压补偿、反馈模式字线电压补偿等旨在解决位线寄生电阻电压降问题的创新方案。为了验证阻变材料在高密度存储阵列及外围电路中工作的有效性，我们提出并实现了基于SCLC(空间电荷限制电流)机理的阻变存储单元HSPICE模型；基于3D存储阵列概念，我们提出并验证了选通管复用的

2、阻变存储器结构。关键词：非挥发存储器；相变存储器；P洲；PC黜W：PCM；阻变存储器；RRAM；高密度；建模；多值存储；1TXR中图分类号：TN402高密度非挥发存储体系的建模与设计摘要AbstractInthjsp印er'、Ⅳeinvestigateintot11edesigIlofPRAM(PhaseChaIlgeRandomAccessMemo巧)aIldRRAM(I沁siStiVeR锄domAccessMemo巧)intllequestf．0rhi曲dens时solutionsofneXtgenerationnonvolatilememories．

3、OneValuatingtllefeaSibilit)rofmultileVclstorage，wepropose锄drealizeamultilevelHSPICEmodelbaSedonphysicalmechaIlismsfortlleph嬲ech觚gememoDrcell．Wepropo∞iruloVatiVesolutionsoftllesymmetricBitlineCompensati蚰，thesteppingWbrdIineVbltageCompensationandtheWordKneVbltageCompensationwithFeed

4、backaimedataddrcssingtlleVoltagedropoverp撇siticb“lineresistallce．Illordert0validatetlle印plicationofresiStivematerialinamemoryarrayanditsperipherals，、Ⅳeimplement觚HSPICEmodelb嬲edonSCLC(SpaCeCha玛eLiIIlitedCllrrent)fortlleresistiVememo巧cell．Furc】knIlore，merthe3Dstorageconc印t，、张propose

5、tlle1TxRresist“ememoryarrayarchitectlI阳aswell硒me印plicableenvironments．Key、Ⅳords：NonVolatileMemo巧；Ph嬲eChaIlgeMemory：PRAM；PCI乙气M；PCM；R-eSiStiVe胁ldomAccessMemo巧；RRAM；Hi曲DenS时：Modelling；MultilevelStorage；lTxRChineseLibrar)rClaSsification：TN4022高密度非挥发存储体系的建模与设计导论第1章导论距今700万年前，当人类祖先在石壁上

6、刻下第一组会意图案，基于外部工具的信息传承和延续就注定成为了推动历史车轮滚滚前进的永恒主题。从甲骨文字到印刷术，从磁盘阵列到微型芯片，存储技术的每一次进步都颠覆着传统信息体系的内涵和外延。据统计，目前全球的数据总量大约在1610亿GB左右，这个数量相当于人类有史以来全部书籍所含信息量的3倍。2007年，人类创造的信息量首次在理论上超过了可用存储空间的总量。在这个信息爆炸的年代里，人们前赴后继，不断寻求全新的载体，本文即致力于集成电路工业中高密度非挥发存储技术的研究和开发。1．1当代非挥发存储体系非挥发存储体系是相对于以S洲(静态随机存储器)和D删(动态随机

7、存储器)为主流的挥发存储体系而言的，前者可以在掉电的情况下长久保持信息原状，而后者只能在带电的条件下临时存放数据。当代非挥发存储体系主要分为以下几个阵营：1．1．1EPRoMEPROM(E删sablePro伊ammableRead．OmyMenlory)是最早期的可编程只读存储器，如图1．1所示，它由一系列的浮栅晶体管组成。一旦浮栅中存入电荷，就可以使晶体管的阈值电压发生改变，从而改变存储的数据状态。基于热载流子注入效应，EPRoM可以通过独立的编程器件用高电压进行编程，但若需要进行擦除操作，则必须从载板上卸下，用紫外光照射封装上留出的透明窗口约20分钟，

8、将所有浮栅中的电荷全部驱除。由于EPl的M用一个晶体管来存储一位数