非易失性半導(dǎo)體存儲器的相變機制

　　非易失性存儲器(NVM)在半導(dǎo)體市場占有重要的一席之地，特別是主要用于手機和其它便攜電子設(shè)備的閃存芯片。今后幾年便攜電子系統(tǒng)對非易失性存儲器的要求更高，數(shù)據(jù)存儲應(yīng)用需要寫入速度極快的高密度存儲器，而代碼執(zhí)行應(yīng)用則要求存儲器的隨機訪存速度更快。

　　經(jīng)過研究人員對浮柵存儲技術(shù)的堅持不懈的研究，現(xiàn)有閃存的技術(shù)能力在2010年底應(yīng)該有所提升，盡管如此，現(xiàn)在人們越來越關(guān)注有望至少在2020年末以前升級到更小技術(shù)節(jié)點的新式存儲器機制和材料。

　　目前存在多種不同的可以取代浮柵概念的存儲機制，相變存儲器(PCM)就是其中一個最被業(yè)界看好的非易失性存儲器，具有閃存無法匹敵的讀寫性能和升級能力。

　　在室溫環(huán)境中，基于第六族元素的某些金屬(硫族化合物)的晶態(tài)和非晶態(tài)的穩(wěn)定性非常好。特別是GeSbTe合金最被看好，因為它遵守一個偽二元構(gòu)成方式(在GeTe和 Sb2Te3之間)，以下簡稱GST。

　　在基于硅的相變存儲器中，不同強度的電流經(jīng)過加熱器(電阻)，到達硫化物材料，利用局部熱焦耳效應(yīng)，改變接觸區(qū)周圍的可寫入容量(圖1)。在經(jīng)過強電流和快速猝滅后，材料被冷卻成非晶體狀態(tài)，導(dǎo)致電阻率增大。切換到非晶體狀態(tài)通常用時不足100ns，單元的熱時間常量通常僅為幾納秒。若恢復(fù)接觸區(qū)的晶體狀態(tài)，使材料的電阻率變小，需要施加中等強度的電流，脈沖時間較長。存儲單元寫入操作所用的不同電流產(chǎn)生了存儲器的直接寫入特性。這種直接寫入功能可簡化存儲器的寫入操作，提高寫入性能。

　　使用比寫入電流低很多的且無重要的焦耳熱效應(yīng)的電流讀取存儲器，從而可以區(qū)別高電阻(非晶體)和低電阻(晶體)狀態(tài)。