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硫系化合物相变存储材料制备与性能研究

作　者: 叶淑娅
导　师: 程晓农
学　校: 江苏大学
专　业: 材料学
关键词: 相变存储材料 Ge15Bi38Se47 Sb2Te3 有限元法 RESET电流
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


与其他类型存储器相比,基于硫系化合物的相变存储器（Phase-changeRandom Access Memory,简称PRAM）,具有不挥发性、循环寿命长(大于1013次)、功耗低、读写速度快、抗辐射以及和现有的CMOS工艺兼容等优点,被认为最有可能成为未来可通用的新一代存储器技术,从而成为当前存储器领域的研发热点之一。然而,PRAM在真正实现商用化之前还需要解决诸如器件的RESET电流过大等问题。其中降低RESET电流是当前最需要迫切解决的问题,因为RESET电流过大严重制约了PRAM技术在高密度存储方面的发展。降低RESET电流可以从两个方面来考虑:一方面,开发新型熔点低的相变存储材料;另一方面,减小存储单元尺寸和相变薄膜厚度,从而减小相变区域。本文从优化相变材料方面着手,研究了大量二元和三元相变材料相图,发现在二元相变存储材料中Sb2Te3熔点较低,在三元相变存储材料中Ge15Bi38Se47熔点较低。在实验中用固相烧结法,以高纯Ge粉、Bi粉、Se粉为原料,在850℃保温两小时后空冷得到Ge15Bi38Se47块体材料,用XRD表征了Ge15Bi38Se47块体材料的相组成情况,用TEM观察了Ge15Bi38Se47晶体结构,发现此实验方法制备的Ge15Bi38Se47晶体为密排六方结构,用SEM观察了Ge15Bi38Se47块体材料的表面形貌,DSC测试结果显示Ge15Bi38Se47的熔点为546.5℃,比传统的GST相变材料600℃以上的熔点要低。通过水热法首次合成Sb2Te3纳米线,用XRD表征了Sb2Te3纳米线的相组成情况,用TEM观察了Sb2Te3纳米线晶体结构,发现此实验方法制各的Sb2Te3纳米线晶体为密排六方结构,DSC测试结果显示Sb2Te3的熔点为454.5℃,比Ge15Bi38Se47块体材料熔点低近100℃。用ANSYS11.0建立了相变存储器的数学模型,分别用Ge15Bi38Se47和Sb2Te3作为工作单元,在激励时间为80ns的条件下,改变激励电流强度,对比了Ge15Bi38Se47和Sb2Te3存储器和传统GST相变存储器RESET电流和SET电流,由于新材料熔点低,它们的RESET电流和SET电流相较于传统材料有较大幅度降低,可以有效的降低工作温度,提高器件的稳定性。

全文目录


摘要  5-7
ABSTRACT  7-10
第一章 绪论  10-23
  1.1 引言  10-13
    1.1.1 相变存储材料的研究历史  11-12
    1.1.2 相变存储的机理  12-13
  1.2 相变存储材料国内外研究现状  13-16
    1.2.1 相变存储材料的基础研究  13-15
    1.2.2 相变存储材料的结构设计  15-16
  1.3 相变存储材料的制备方法  16-21
    1.3.1 晶体的制备  16-19
    1.3.2 非晶的制备  19-21
  1.4 本课题的研究目的和内容  21-23
第二章 实验设备  23-28
  2.1 实验试剂和设备  23
    2.1.1 实验试剂  23
    2.1.2 实验设备  23
  2.2 材料表征设备  23-28
    2.2.1 X射线衍射(XRD)  24
    2.2.2 扫描电子显微镜(SEM)  24-25
    2.2.3 透射电子显微镜(TEM)  25-26
    2.2.4 热重-差热分析(TG-DSC)  26
    2.2.5 紫外-可见光谱(UV)  26
    2.2.6 拉曼光谱(Raman)  26-28
第三章 Sb_2Te_3材料的制备和表征  28-36
  3.1 实验部分  28-29
    3.1.1 试剂与仪器  28
    3.1.2 实验过程  28-29
  3.2 结果与讨论  29-33
  3.3 生长机理分析  33-35
  3.4 本章小结  35-36
第四章 Ge_(15)Bi_(38)Se_(47)的制备和表征  36-41
  4.1 实验部分  36-38
    4.1.1 原料  36-37
    4.1.2 Ge_(15)Bi_(38)Se_(47)材料制备  37-38
  4.2 结果与讨论  38-40
  4.3 本章小结  40-41
第五章 基于Ge_(15)Bi_(38)Se_(47)、Sb_2Te_3的相变存储器的有限元传热学分析  41-57
  5.1 有限元方法  41-46
    5.1.1 有限元方法原理  41-43
    5.1.2 有限元方法在热分析中的应用  43-46
  5.2 相变存储器工作原理  46-48
  5.3 基于Ge_(15)Bi_(38)Se_(47)的相变存储器的有限元传热学分析  48-53
    5.3.1 相变存储器基本存储单元  48-49
    5.3.2 基于Ge_(15)Bi_(38)Se_(47)的相变存储器数学模型  49
    5.3.3 基于Ge_(15)Bi_(38)Se_(47)的相变存储器有限元传热学分析  49-52
    5.3.4 基于Ge_(15)Bi_(38)Se_(47)的相变存储器和传统GST存储器SET、RESET温度比较  52-53
  5.4 基于Sb_2Te_3的相变存储器的有限元传热学分析  53-57
    5.4.1 基于Sb_2Te_3的相变存储器数学模型  53
    5.4.2 有限元传热学分析  53-56
    5.4.3 基于基于Sb_2Te_3的相变存储器和其他相变存储器SET、RESET温度比较  56-57
第六章 总结与展望  57-58
参考文献  58-62
致谢  62-63
攻读学位期间发表的学术论文目录  63

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中图分类: > 工业技术 > 一般工业技术 > 工程材料学 > 特种结构材料
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