文档介绍：上海交通大学
硕士学位论文
基于Ga-SbTe的高性能相变存储器的设计与仿真
姓名:尹文
申请学位级别:硕士
专业:微电子学与固体电子学
指导教师:程秀兰
20080115
上海交通大学
学位论文原创性声明

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学位论文作者签名:尹文

日期:2008 年 1 月 15 日
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上海交通大学
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学位论文作者签名:尹文指导教师签名:程秀兰

日期:2008 年 1 月 15 日日期:2008 年 1 月 15 日
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基于 Ga-SbTe 的高性能相变存储器的设计与仿真
摘要
相变存储器(Phase Change Memory, PCM)利用的是材料晶态时低阻与非晶
态的高阻特性来实现逻辑存储的一种技术,是最有可能在 45nm 以下技术代取代
SRAM、DRAM 和 Flash 等当今主流产品而成为未来商用主流非易失存储器件,
必将在未来的存储器市场占有相当重要的地位。然而,相变存储器的擦写功耗、
复位电压、热稳定性和擦写寿命一直是相变存储器发展的几个瓶颈。
本论文的工作是在前人的研究基础上,提出一种能够应用于嵌入式存储器的
新型相变材料 Ga3Sb8Te1 ,然后设计了一种基于 Ga3Sb8Te1 具有更低功耗,高稳
定性和更高擦写频率的相变存储器器件原型,并且根据器件原型建立仿真模型,
对基于 Ga3Sb8Te1 的新型相变存储器进行性能评估并与基于传统 GST 材料(如
Ge2Sb2Te5)的相变存储器进行对比。仿真结果发现:
1. 由于基于 Ga3Sb8Te1 薄膜材料的 PCM 由于具有较大的 TX/Tm,可有效降低多
次复位过程由热扩散所引起的结晶,进而提高器件可重复擦写次数,即器件
存储可靠性;该相变存储器随着特征尺寸的缩小复位电流和功耗会持续下降,
其中小电极的持续减小可以实现大幅度降低相变操作电流的目的;
2. 当电极特征尺寸在 90nm 时,基于 Ga3Sb8Te1 的相变存储器相变中心的复位电
流约为 1mA,而基于传统 GST 材料 Ge2Sb2Te5 相变存储器为 A 以上;
当电极特征尺寸在 65nm 时,基于 Ga3Sb8Te1 的相变存储器相变中心的复位电
流约为 ,而基于传统 GST 材料相变存储器为 1m A 左右;在工艺节点
降至 45nm 时,基于 Ga3Sb8Te1 的相变存储器相变中心的电流将低于。
由此可见,基于 Ga3Sb8Te1 的并且比基于传统 GST 材料相变存储器具有更低
的功耗。
3. 基于 Ga3Sb8Te1 存储单元的擦写频率分别约为 100MHz 和 14MHz,其中置位
(写入)频率约为比传统 GST 材料提高了 %;该存储器的在不同物质相
的状态下的电阻比值约 500 倍,具有稳定的逻辑状态。
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4. Ga3Sb8Te1 的电学特性能够保证达到传输功率最大化的要求,器件尺寸的设计
可以达到预定工艺参数的要求,并且具有尺寸持续缩小的能力。

关键词相变存储器有限元传热学仿真结晶动力学电路模拟
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Design and simulation of a high performance Phase
Change Memory cell based on Ga-SbTe
Abstract
Phase change memory (PCM) es very hot in Non volatile memory
(NVM) under 45nm process due to its special storage mode. PCM is expected a