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相变存储器的热分析以及结构设计

作　者: 安平
导　师: 缪向水
学　校: 华中科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 相变存储器有限元方法 Ansys 电热模拟器件结构优化
分类号: TP333
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 59次
引　用: 2次
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内容摘要

由于相变存储器(PCRAM)具有低功耗、在小尺寸下的高可靠性、读写速度快、抗疲劳、制作工艺与CMOS工艺兼容等特点,相变存储器是一种很有发展前景的非易失性存储器。作为存储介质的相变存储材料有两种相态,一种相态是高阻的非晶态。非晶态是通过焦耳热快速熔化晶态材料,然后快速冷却获得的。第二种相态是低阻的多晶态。多晶态是通过把非晶材料加热到熔化温度以下、结晶温度以上来结晶获得的。相变存储单元通过IRESET和ISET电流来使相变存储器在两个相态之间可逆转换。本文建立了相变存储单元的电热有限元模型,对不同的器件结构的温度分布进行了模拟。对器件的材料参数(如相变层的热导率、隔离层的热导率、相变层的电阻率等)和结构参数(如相变单元结构、相变层厚度、相变层的特征尺寸等)对单元的结果影响进行了模拟与分析;讨论了随相变存储单元特征尺寸的下降,相变存储单元间的热影响,为减小热影响,设计了一种新的相变存储结构,并对其进行了模拟和分析。取得的主要结果如下:1.研究了相变存储单元的材料参数和结构参数对单元热分布的影响。研究表明:影响热分布的主要材料参数为相变层热导率与相变层电阻率。相变层热导率越低,电导率越高,相变层的升温速度越快,峰值温度越高。影响热分布的主要结构参数为相变层的特征尺寸和厚度。在电流激励下,特征尺寸越小,厚度越大,相变层的峰值温度越高。在电压激励下,则表现出相反的趋势。2.研究了随相变存储单元特征尺寸的减小,存储单元间的热影响。模拟结果表明,随着相变存储单元特征尺寸从90nm减小到22nm,单元间的热影响变得越来越显著,为了减小单元间的热影响,论文中对特征尺寸为22nm但结构不同的5种相变存储器进行了模拟,并将其结果进行了比较。在其中热稳定性最好的结构基础上,设计了一种热性能表现良好的新结构。

相变存储器的热分析以及结构设计

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