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非易失性半导体存储器的相变机制

作者:Roberto Bez,恒忆研发中心技术开发部研究员时间:2009-12-16来源:电子产品世界收藏

  非易失性()在半导体市场占有重要的一席之地,特别是主要用于手机和其它便携电子设备的闪存芯片。今后几年便携电子系统对非易失性的要求更高,数据存储应用需要写入速度极快的高密度,而代码执行应用则要求存储器的随机访存速度更快。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/101459.htm

  经过研究人员对技术的坚持不懈的研究,现有闪存的技术能力在2010年底应该有所提升,尽管如此,现在人们越来越关注有望至少在2020年末以前升级到更小技术节点的新式存储器机制和材料。

  目前存在多种不同的可以取代浮栅概念的存储机制,相变存储器(PCM)就是其中一个最被业界看好的非易失性存储器,具有闪存无法匹敌的读写性能和升级能力。

  在室温环境中,基于第六族元素的某些金属(硫族化合物)的晶态和非晶态的稳定性非常好。特别是GeSbTe合金最被看好,因为它遵守一个伪二元构成方式(在GeTe和 Sb2Te3之间),以下简称GST。

  在基于硅的相变存储器中,不同强度的电流经过加热器(电阻),到达硫化物材料,利用局部热焦耳效应,改变接触区周围的可写入容量(图1)。在经过强电流和快速猝灭后,材料被冷却成非晶体状态,导致电阻率增大。切换到非晶体状态通常用时不足100ns,单元的热时间常量通常仅为几纳秒。若恢复接触区的晶体状态,使材料的电阻率变小,需要施加中等强度的电流,脉冲时间较长。存储单元写入操作所用的不同电流产生了存储器的直接写入特性。这种直接写入功能可简化存储器的写入操作,提高写入性能。

  使用比写入电流低很多的且无重要的焦耳热效应的电流读取存储器,从而可以区别高电阻(非晶体)和低电阻(晶体)状态。


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