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相变存储器及其工作原理

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相变存储器及其工作原理

相变存储器(phase change memory),简称PCM,利用硫族化合物在晶态和非晶态巨大的导电性差异来存储数据的。

相变存储器-物理变化

初次听到"相变"这个词,很多读者朋友会感到比较陌生.其实,相(phase)是物理化学上的一个概念,它指的是物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.例如水有三种不同的状态,水蒸气(汽相),液态水(液相)以及固态水(固相)。物质从一种相变成另外一种相的过程叫做‘相变’例如水从液态转化为固态。

相变存储器-相互转化

在很多物质中相变不是大家想象的只有气,液,固,三相那么简单。例如我们这里介绍的相变存储器就是利用特殊材料在晶态和非晶态之间相互转化时所表现出来的导电性差异来存储数据的。所以我们称之为相变存储器。

相变存储器技术基础

相变存储器(PCM)是一种非易失存储设备,它利用材料的可逆转的相变来存储信息。同一物质可以在诸如固体、液体、气体、冷凝物和等离子体等状态下存在,这些状态都称为相。相变存储器便是利用特殊材料在不同相间的电阻差异进行工作的。本文将介绍相变存储器的基本技术与功能。

相变存储器工作原理

在非晶态下,GST材料具有短距离的原子能级和较低的自由电子密度,使得其具有较高的电阻率。由于这种状态通常出现在RESET操作之后,我们一般称其为RESET状态,在RESET操作中DUT的温度上升到略高于熔点温度,然后突然对GST淬火将其冷却。冷却的速度对于非晶层的形成至关重要。非晶层的电阻通常可超过1兆欧。

在晶态下,GST材料具有长距离的原子能级和较高的自由电子密度,从而具有较低的电阻率。由于这种状态通常出现在SET操作之后,我们一般称其为SET状态,在SET操作中,材料的温度上升高于再结晶温度但是低于熔点温度,然后缓慢冷却使得晶粒形成整层。晶态的电阻范围通常从1千欧到10千欧。晶态是一种低能态;因此,当对非晶态下的材料加热,温度接近结晶温度时,它就会自然地转变为晶态。

图1中的原理图给出了一种典型GST PCM器件的结构。一个电阻连接在GST层的下方。加热/熔化过程只影响该电阻顶端周围的一小片区域。擦除/RESET脉冲施加高电阻即逻辑0,在器件上形成一片非晶层区域。擦除/RESET脉冲比写/SET脉冲要高、窄和陡峭。SET脉冲用于置逻辑1,使非晶层再结晶回到结晶态。

PCM器件的典型结构
图1:PCM器件的典型结构

英文由上至下依次为:顶部电极、晶态GST、α/晶态GST、热绝缘体、电阻(加热器)、底部电极。
 

本文链接:http://baike.cntronics.com/abc/3398
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