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相变随机存储器的三维热模拟与结构设计

作　者: 孙巾杰
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: 相变随机存储器三维有限元分析电热 ANSYS T型结构非对称结构
分类号: TP333.8
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 12次
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内容摘要

相变随机存储器的优越性能使得它成为极具潜力的下一代新型非易失性存储器。相变随机存储器的存储功能,是通过施加不同的电脉冲产生热量,使得具有低阻的晶态和高阻的非晶态两个状态的相变材料在两态之间转换而实现的。因此,研究相变随机存储器的电热效应是十分必要的,尤其当特征尺寸逐渐减小时。本文基于有限元分析原理,利用有限元分析软件ANSYS建立了相变随机存储器单元三维模型,并对其进行了一系列参数改变下的电热模拟。改变一种特征尺寸下的T型结构相变存储单元的一些材料参数(包括相变材料、电极材料、隔离层材料的热导率和相变材料的电阻率),得到了一些规律并进行了分析;模拟存储单元的特征尺寸大小对温度分布的影响;然后以特征尺寸100nm的相变单元为基准等比例缩小相变存储单元,得到不同特征尺寸下(45nm,32nm,22nm,16nm和10nm)关键结构参数(相变层厚度,隔离层厚度等)对温度分布的影响。Reset电流过大一直是制约相变随机存储器发展的原因之一。本文提出了一种新型的非对称结构。经过三维电热仿真验证,与T型结构相比,该结构能够提高相变单元内的电流密度,减少温度耗散,因此能够降低Reset电流。然后对不同特征尺寸下(45nm,32nm,22nm,16nm和10nm)该结构的一些关键参数(相变层厚度、偏移量)做了一系列仿真,观察它们对非对称结构相变单元温度分布的影响,找出更能发挥非对称结构优势的结构参数。此外,比较了同等条件下T型结构和非对称结构相变单元的差别,找出非对称结构优于T型结构的原因,并发现等比例缩小时,非对称结构低功耗优越性更加明显,这对于高密度存储有着重要的意义。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-16
  1.1 引言  9-10
  1.2 相变存储器简介  10-14
  1.3 课题研究的意义与主要工作  14-16
2 有限元方法和热分析简介  16-22
  2.1 有限元方法理论  16-17
  2.2 热分析基础  17-18
  2.3 ANSYS 有限元仿真软件  18-21
  2.4 本章小结  21-22
3 相变存储单元的三维建模  22-27
  3.1 相变存储器的理论模型  22
  3.2 相变存储器有限元模型的建立  22-26
  3.3 本章小结  26-27
4 传统T 型结构相变存储单元的三维热模拟  27-38
  4.1 传统T 型结构相变存储器的结构  27-28
  4.2 材料参数对T 型结构相变存储器热分布的影响  28-33
  4.3 结构参数对T 型结构相变存储器热分布的影响  33-37
  4.4 本章小结  37-38
5 非对称结构的相变存储单元的三维热模拟与结构设计  38-51
  5.1 非对称结构相变存储单元  38-40
  5.2 结构参数对非对称结构相变单元热分布的影响  40-49
  5.3 本章小结  49-51
6 总结与展望  51-53
  6.1 总结  51-52
  6.2 展望  52-53
致谢  53-54
参考文献  54-58
附录1 攻读硕士学位期间发表的主要论文  58

相变随机存储器的三维热模拟与结构设计

内容摘要

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