硫?qū)傧嘧兇鎯?chǔ)器CRAM的存儲(chǔ)元結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化.pdf

1、硫系化合物隨機(jī)存儲(chǔ)器CRAM利用電流脈沖的熱效應(yīng)使其存儲(chǔ)物質(zhì)——硫系化合物發(fā)生具有巨大阻值差異（3～5個(gè)數(shù)量級(jí)）的可逆結(jié)構(gòu)相變（晶態(tài)和非晶態(tài)）來(lái)記錄和讀取數(shù)據(jù)。它具有元件尺寸小、功耗低、可多級(jí)存儲(chǔ)，制作工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。此外，該存儲(chǔ)技術(shù)與材料帶電粒子的狀態(tài)無(wú)關(guān)，從而具有很強(qiáng)的抗空間輻射能力，能滿(mǎn)足國(guó)防和航天需求，是目前國(guó)內(nèi)外重點(diǎn)研制的新型存儲(chǔ)器。 在CRAM的研究過(guò)程中遇到的最大問(wèn)題便是操作電流過(guò)大，不能與現(xiàn)有的CMOS實(shí)現(xiàn)電兼容

2、，另外CRAM工作中產(chǎn)生的大量熱能會(huì)影響CMOS的正常工作，因此存儲(chǔ)元與CMOS的熱兼容問(wèn)題也成為CRAM走向?qū)嵱没闹萍s因素。 針對(duì)以上問(wèn)題，本文根據(jù)CRAM的工作原理與特點(diǎn)，從CRAM存儲(chǔ)元的熱傳導(dǎo)模型出發(fā)，利用數(shù)值方法模擬并分析CRAM存儲(chǔ)元中的熱場(chǎng)分布及其演化過(guò)程，著重考察數(shù)據(jù)重寫(xiě)時(shí)CRAM存儲(chǔ)元在電流脈沖作用下的發(fā)熱對(duì)CMOS電路的熱影響和相變材料的相變情況。 設(shè)計(jì)出具有兩層GST材料的“工”型存儲(chǔ)單元，實(shí)現(xiàn)了

3、存儲(chǔ)元與CMOS的熱兼容。通過(guò)分析傳統(tǒng)存儲(chǔ)元結(jié)構(gòu)的熱場(chǎng)發(fā)現(xiàn)相變材料GST具有很好的隔熱性能，于是在底電極和加熱層之間插入一層GST，一方面利用GST的隔熱性有效阻止加熱層產(chǎn)生的大量熱量向底電極擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)元與CMOS的熱兼容；另一方面兩層GST同時(shí)發(fā)生相變，可以提高熱能利用率，降低寫(xiě)電流。 通過(guò)器件優(yōu)化設(shè)計(jì)，極大地減小了寫(xiě)電流，實(shí)現(xiàn)了器件的低功耗。本文通過(guò)對(duì)存儲(chǔ)元各層材料尺寸對(duì)寫(xiě)電流的影響的分析，并結(jié)合電路模擬尋找最大傳輸功