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相变存储器：基本原理与测量技术——非晶态与晶态帮你搞懂相变存储器(PCM)

发布人：majack 时间：2011-07-05 来源：工程师

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简单介绍非晶态与晶态之间的差异有助于我们搞清楚PCM器件的工作原理 [1]。

在非晶态下，GST材料具有短距离的原子能级和较低的自由电子密度，使得其具有较高的电阻率。由于这种状态通常出现在RESET操作之后，我们一般称其为RESET状态，在RESET操作中DUT的温度上升到略高于熔点温度，然后突然对GST淬火将其冷却。冷却的速度对于非晶层的形成至关重要。非晶层的电阻通常可超过1兆欧。

在晶态 [2]下，GST材料具有长距离的原子能级和较高的自由电子密度，从而具有较低的电阻率。由于这种状态通常出现在SET操作之后，我们一般称其为SET状态，在SET操作中，材料的温度上升高于再结晶温度但是低于熔点温度，然后缓慢冷却使得晶粒形成整层。晶态的电阻范围通常从1千欧到10千欧。晶态是一种低能态；因此，当对非晶态下的材料加热，温度接近结晶温度时，它就会自然地转变为晶态。

图1中的原理图给出了一种典型GST PCM器件的结构。一个电阻连接在GST层的下方。加热/熔化过程只影响该电阻顶端周围的一小片区域。擦除/RESET脉冲施加高电阻即逻辑0，在器件上形成一片非晶层区域。擦除/RESET脉冲比写/SET脉冲要高、窄和陡峭。SET脉冲用于置逻辑1，使非晶层再结晶回到结晶态。

图1. PCM器件的典型结构

英文由上至下依次为：顶部电极、晶态GST、α/晶态GST [3]、热绝缘体、电阻（加热器）、底部电极

[1] 技术资料：http://www.keithley.com.cn/knowledgecenter

[2] GST : http://docs.google.com/viewer?a=v&q=cache:QvJWARKUcqcJ:www.keithley.com.cn/data%3Fasset%3D52573+crystalline&hl=zh-CN&pid=bl&srcid=ADGEESg4QXKyawqlwKy1BJvqoE3973y2KhHWfyoN6bRg1b2d6IgyGIuxlMhbs41JXsIl1lAglVMuzVbLoGkBfnrTFi2oFF3cqRh8jZqU3MUmwBMA3J5uezXQXDWXn-joI1aPSKK8TEcN&sig=AHIEtbSO-0zd1LjcfzO2SYUZrV_8ETVfuA

[3]晶态GST：http://docs.google.com/viewer?a=v&q=cache:XcxtZ9pWxA4J:www.keithley.com.cn/data%3Fasset%3D53267+crystalline&hl=zh-CN&pid=bl&srcid=ADGEEShcrAH4P6l8-ByuTlwgQLejgKw9TOkN1ZgeA5ae3dwZcbFQ3Tam57TbVY5HuF47XPSJWN9psNuRW3WoCoaojTxo1ny_ysDsaZ0kwmsBlkeXrGK8mONWMP0VVhfOWJvWqDuO5av7&sig=AHIEtbRy9y83f_fLvUtTXg-9BGSbr9BbLg

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