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相变随机存储器存储机理及仿真技术研究

作　者: 袁成伟
导　师: 胡作启
学　校: 华中科技大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 相变存储仿真模型有限元法多网格技术经典成核/生长理论晶态-固态模型
分类号: TP333
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 18次
引　用: 1次
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内容摘要

相变随机存储器是一种新兴的、被认为最有希望成为下一代主流的非易失性固态存储技术。基于相变随机存储器的存储原理、有限元法和经典的成核/生长理论,建立了存储元写信息过程的仿真物理模型。提出了一种包含大六面体网格、四面体网格和精细六面体网格且可有效用于电-热致相变过程连续仿真的多网格技术,并推导了电、热传导偏微分方程四面体有限元单元离散公式;针对存储介质的相转变过程仿真提出了一种晶态-固态仿真模型。编写了完整的存储元二维、三维仿真程序,对存储元进行了电、热性能和相转变过程仿真。对100nm光刻工艺、20nm薄膜工艺下的存储元进行了二维电、热仿真和三维电、热、相转变过程仿真。结果表明,被仿真的三种存储元都可以用于二值信息存储,自下而上存储元非晶态数据保存时间最长(95℃下保存十年)但操作电流不易降低;边缘接触式存储元操作电流较低、非晶态/晶态电阻比最高(3.27×103)但热散失较大;工字形存储元加热效率高热散失低,非晶化电流最小(0.47mA)但非晶态/晶态电阻比有待提高、数据不易保存。边缘接触、电流自限制、热阻层等结构都可以用于减小操作电流。此外,对不同幅值、宽度脉冲以及多脉冲条件下的边缘接触式存储元进行了仿真,结果表明:使用单脉冲操作的方式较难达到多值存储的目的,但合适的脉冲幅值和脉冲宽度都有利于提高存储元的存储性能;采用多脉冲的操作方式存在多值存储的可能性,其方法是使用连续有限个数的短脉冲使存储介质达到不同的晶化程度。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-19
  1.1 引言  9-10
  1.2 CRAM 存储原理  10-14
  1.3 CRAM 发展历史  14-17
  1.4 课题研究的意义和内容  17-19
2 存储元仿真物理模型  19-28
  2.1 存储元结构  19-22
  2.2 存储元仿真物理模型  22-27
  2.3 本章小结  27-28
3 存储元仿真方法及实现  28-43
  3.1 有限元法简介  28-29
  3.2 存储元仿真流程  29-31
  3.3 网格划分及应用技术  31-37
  3.4 有限元合成线性方程组的存储及求解  37-38
  3.5 精细六面体单元相变过程实现及后续处理  38-42
  3.6 存储元电阻的求解  42
  3.7 本章小结  42-43
4 存储元仿真结果及分析  43-63
  4.1 存储元二维电热性能仿真  44-51
  4.2 存储元三维电热性能及相转变过程仿真  51-59
  4.3 存储元热稳定性能分析  59-61
  4.4 存储元优缺点总结  61-63
5 脉冲对存储元存储性能的影响分析  63-69
  5.1 幅值变化的脉冲对存储性能的影响  63-64
  5.2 宽度变化的脉冲对存储性能的影响  64-66
  5.3 连续脉冲对存储性能的影响  66-69
6 总结及展望  69-72
  6.1 总结  69-70
  6.2 展望  70-72
致谢  72-73
参考文献  73-78
附录Ⅰ 攻读硕士学位期间发表的论文  78-79
附录Ⅱ 三维电热传导微分方程四面体单元离散公式推导  79-86

相变随机存储器存储机理及仿真技术研究

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