课外阅读相变存储器课件

相变存储器框架1.相变存储器1.1相变存储器的基本原理1.2相变材料的性质和性能优化1.3新型相变材料1.4相变存储器的结构2.存储器和集成光学2.1基于相变材料的门开关1.1相变存储器（OUM,PCRAM）的基本原理1.3.1相的概念相：体的化学性质完全相同,但是物理性质发生变化的不同状态Eg:水：水蒸气(汽相)，液态水（液相），固态水（固相）。晶态无序低阻值半金属特性非晶态有序高阻值半导体特性1.3.2相变存储器的基本原理—以硫属化合物为基础的相变材料相变材料应用数据光盘在脉冲激光的热诱导下可以实现在无序（非晶态）-有序（晶态）的转变，利用其光学反射率的巨大差异。StanfordR.Ovshinsky,ReversibleElectricalSwitchingPhenomenainDisorderedStructures,PhysicalReviewLetter,vol.21,no.20,pp.1450-1452,1968.1968.StanfordR.Ovshinsky，电场激发下具有高低阻值的转变现象。1.实验装置2.实验样品3.实验结果Ge10Si12As30Te48硫属化合物进入半导体行业器件操作电压和电流很高随着半导体行业水平的提高，相变存储器电学性能得到很大提高。Ge2Sb2Te5PCRAM芯片1.2相变材料的性质Ge2Sb2Te5薄膜的性质两个红框：对应两个放热峰。蓝框：吸热峰，对应着融化。两个放热峰，对应着两次晶型的变化过程Ge2Sb2Te5薄膜的性质：差分扫描量热曲线，给出了研究物质形态随温度的变化。ZhangT,LiuB,etal,StrutureandelectricalPropertiesofGethinfilmusedforOvonicUnifiedMemory,Chin.Phys.Lett.,2004,21(4),741-743.Ge2Sb2Te5薄膜的结构和形貌—拉曼光谱沉积态略为开始分裂成两个峰，仍为非晶态400℃，高波数发生较大漂移非晶态展宽峰可能是非晶Te-Te引起的低波数的峰：A高波数的峰：BA：四面体GeTe4或锥形体中SbTe3极性键振动B:(Te2)Sb-Sb(Te2)Sb-Sb的振动Ge2Sb2Te5薄膜的结构和形貌—TEMTEM样品结构示意图（1）沉积态薄膜并不是完全非晶（2）退火温度250℃较大的晶粒（>50nm）已经形成（3）退火温度250℃晶粒（100nm-200）已经形成铜网上蒸发碳膜作为支持膜，然后沉积40nm厚的Ge2Sb2Te5薄膜（4）退火温度500℃几百纳米的晶粒形成，甚至出现空洞。（4）退火温度620，空洞大量增加，体积变化很大，薄膜融化后再结晶。空洞产生的推论和揣测：1.结晶过程中形成更为致密的结构，局部体积收缩形成空洞2.高温导致的Ge2Sb2Te5中Sb和Te的挥发。AFM图非晶相模型的缺乏，材料光学性能的计算存在问题，过去的相变合金材料的多是通过反复巧妙的实验设计出来。在红外光谱，Ge2Sb2Te5反差明显但到405nm，却不明显。Eg.1.几种主要材料体系的晶格结构a.Ge1Sb2Te4或Ge2Sb2Te5b.Te60Ge4Sn11Au25具有一定的晶格扭曲成功的相变材料和失败的相变材料材料，和平均价电子环境友好型相变材料-GeSb,SiSbTe:熔点低，蒸汽压高，高温下易挥发。毒！Te元素的扩散，1.影响材料性能，造成材料体积变化，接触不良。2.和电极（Ti）生成合金循环次数一直不够，未能广泛应用。相变存储器的结构1.经典的蘑菇型结构其他改进手段：在电极和相变材料之间，增加一层过渡层，具有较低的热导率和高的发热效率，获得更小的操作电流。Matsui,Y，etal;Ta2O5InterfacialLayerbetweenGSTandWPlugenablingLowPowerOperationofPhaseChangeMemories,ElectronDevicesMeeting,2006.IEDM'06.International.(2006)4.GST限制Lee,J.I.;HighlyScalablePhaseChangeMemorywithCVDGeSbTeforSub50nmGeneration,VLSITechnology,2007IEEESymposiumonDigitalObjectIdentifier(2007)在底电极上刻蚀出直径很小的孔洞，填充GST，然后把表面抛平3.Pore结构Breitwischetal,NovelLithography-IndependentPorePhaseChangeMemory，VLSITechnology,2007IEEESymposiumonDigitalObjectIdentifier,[2007].操作电流：0.25mA1电极上刻出绝缘层小孔，2