相变存储器多态存储机理研究

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1、上海交通人学博士学位论文相变存撩器多态存储飙理骚窕摘要随着信息产业的快速发展人们对移动存储的需求急剧增长。融于存储技术具有非辫发的存储特性因此被广泛地用于具有移动存储功能的备种产品中。然瑟援零要求较毫葱霉灭毫歪、笔入速度遣镶楼潞量缀缀难逶瘦未來麓速、低功耗的存储要求。襁遮种情况下相变存储器的研究被提上丁议事H程。相变存储器是利用硫系化合物在非品态和鼎态的电阻率藏异实现双稳态的存储。由于耀交存褚嚣爨露狭速敬写擦逮疫爨缀、毫密震雾壤麓力、夷姆涎数据爨存褥性以及能够和H前的工艺兼容等优点被业界认为最有希望替代闪存成为下一代非挥发存储器的童流存储技术。妇餐搀簿

2、存德器熬莓德蜜窿是一令穰褥赣究憊漾憊。逶豢鸯嚣糠方式髭够实凝这个冃标一种是缩小存储单元的尺寸以便提高单傲面枳的存储熊力另外。种方法就是多态存储。所谓多态存储就怒在同一个存储单元巾存储多个状态这样霹欲在甭缱、窍继萃元尺寸瓣摹挺下爨麓存镰密度。嚣蕊在提交存徳嚣兹磅变孚大部分的研究熏点放在如何减小存储单元尺寸上因为这样既可以撼高存储密度乂可以降低过程的写电流。本研究在糊变存储器的过程寻求多态存储的解决方案莠在以下尼方垂进行了卷究、研究了单层相炎薄膜实现多态存储的可能能对传统的棚变材料i献行改性制锯了掺朵的。研究表明掺朵通过提高的晶化温度和相交漫疫提楚了躲嚣滋

3、稳定洼掺聚瓣彝缝合形成浚甥覆存在予的晶界上束缚晶粒长人的同时也增强了非晶态、晶态相以殿晶态相的电阻率稳定一眺从而提高了非晶态、品态相以及品怒相的电阻率区分度脊子用这三令竣态憩毫瓣霉分别表薙举溺豹存德猿态实臻多态存撩。知识水坝论文上海交通大学博士学位论文、提出了将不同电阻率的相交薄膜叠加、形成的层叠薄膜具有多态存储的能力。通过软件分析了该层叠薄膜实现多态存储的原因是相同电流流过相变薄膜时在电阻率较高的薄膜内产生较高的温升这样电阻率较高的薄膜能够在较小的电流卜•先于电阻率低的薄膜发生晶化从而达到分层晶化的效杲多态存储就能够实现。我们进一步通过实验验证了层叠

4、薄膜中的和能在和被分别晶化层叠相变薄膜的分层晶化效果明显层叠相变薄膜的多态存储特性得到很好的证明。、研究了阻扌当层在层叠相变薄膜分层晶化中所起的作用。计算表明阻样层的引入有助于缓解相变薄膜品化瞬间对相邻相变薄膜造成的电、热干•扰从而有利于分层晶化的实现。通过实验我们也发现随着阻挡层厚度的增加屮间态的电阻“台阶"能够被延长阻挡层具有调节电阻“台阶"宽度的作用。这也间接证实了阻挡层的抗干扰作用。关键词相变存储器、多态存储、掺杂、层叠相变薄膜、阻挡层知识水坝论文上海交通大学博士学位论文耍置银嚣蕈避溉海？玲一》一《上瓣交通大学博士学位论文禮?——》-O上海交通

5、大学学位论文原创性声明本入郑重声明所呈交的学位论文是木人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。除文屮已缀注明引用的内容外本论文不惫含饪霉英继个人或集体奁经发表或摸警过兹俸鑫成莱。对本文豹研究做出赵耍贡献的个人和集体均己在文中以明确方式标明。本人完全意识裂本声臻兹法德结杲由本人承担。学位论文作者签名痞太□期州年习口上海交通大学学位论文版权使用授权书木学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行

6、检索可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密口在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密口。请在以上方框内打"学位论文作者签名移、肄日期一年月日指导教师签名妖勵二日期击诲月日上海交通大学博士学位论文第一章绪论第一章绪论存储器在半导体产业中占有举足轻重的地位。自问III:以来半导体存储器的应用范围越来越广市场越来越人。存储器按其存储特性可以分为挥发型如和和非挥发型如两种类型。所谓非挥发即在断电的情况下写入的数据仍然能够保存。随着移动通讯、存储卡和英特网的发展存储器的用途正趋向多样化。过去是以计算机为屮心而近年来由于移动电话、数码相机

7、等便携式电子产品的发展用户携带人容量数据的机会增加其它的存储模式如磁盘、光盘等无法满足其轻薄短小的耍求所以半导体非挥发存储技术具有广阔的市场并已经获得了惊人的发展。H前商用非挥发存储器的主流技术是基于浮栅的“闪存''技术年已占据菲挥发存储器市场的。但是半导体业界预计在进入之后就会岀现瓶颈儿乎就是无法突破的障碍。鉴于这种情况冃前世界上儿乎所有电子和半导体行业巨头包括等都在竞相研发继Z后的新一代非挥发存储器技术'详情见齐公司网站。更高的存储密度、更低的功耗、更人的带宽、更短的延迟时间、更低的成本和更高的可靠性是存储器的设计者和制造者永恒追求的目标。而磁性存

8、储器、铁电存储器和相变存储器或者作为首选的下一代非挥发存储技术正好能够在很人程度上满足这些条件