課外閱讀相變存儲器課件

相變存儲器框架1.相變存儲器1.1相變存儲器的基本原理1.2相變材料的性質和性能優(yōu)化1.3新型相變材料1.4相變存儲器的結構2.存儲器和集成光學2.1基于相變材料的門開關1.1相變存儲器（OUM,PCRAM）的基本原理1.3.1相的概念相：體的化學性質完全相同,但是物理性質發(fā)生變化的不同狀態(tài)Eg:水：水蒸氣(汽相)，液態(tài)水（液相），固態(tài)水（固相）。晶態(tài)無序低阻值半金屬特性非晶態(tài)有序高阻值半導體特性1.3.2相變存儲器的基本原理—以硫屬化合物為基礎的相變材料相變材料應用數據光盤在脈沖激光的熱誘導下可以實現在無序（非晶態(tài)）-有序（晶態(tài)）的轉變，利用其光學反射率的巨大差異。StanfordR.Ovshinsky,ReversibleElectricalSwitchingPhenomenainDisorderedStructures,PhysicalReviewLetter,vol.21,no.20,pp.1450-1452,1968.1968.StanfordR.Ovshinsky，電場激發(fā)下具有高低阻值的轉變現象。1.實驗裝置2.實驗樣品3.實驗結果Ge10Si12As30Te48硫屬化合物進入半導體行業(yè)器件操作電壓和電流很高隨著半導體行業(yè)水平的提高，相變存儲器電學性能得到很大提高。Ge2Sb2Te5PCRAM芯片1.2相變材料的性質Ge2Sb2Te5薄膜的性質兩個紅框：對應兩個放熱峰。藍框：吸熱峰，對應著融化。兩個放熱峰，對應著兩次晶型的變化過程Ge2Sb2Te5薄膜的性質：差分掃描量熱曲線，給出了研究物質形態(tài)隨溫度的變化。ZhangT,LiuB,etal,StrutureandelectricalPropertiesofGethinfilmusedforOvonicUnifiedMemory,Chin.Phys.Lett.,2004,21(4),741-743.Ge2Sb2Te5薄膜的結構和形貌—拉曼光譜沉積態(tài)略為開始分裂成兩個峰，仍為非晶態(tài)400℃，高波數發(fā)生較大漂移非晶態(tài)展寬峰可能是非晶Te-Te引起的低波數的峰：A高波數的峰：BA：四面體GeTe4或錐形體中SbTe3極性鍵振動B:(Te2)Sb-Sb(Te2)Sb-Sb的振動Ge2Sb2Te5薄膜的結構和形貌—TEMTEM樣品結構示意圖（1）沉積態(tài)薄膜并不是完全非晶（2）退火溫度250℃較大的晶粒（>50nm）已經形成（3）退火溫度250℃晶粒（100nm-200）已經形成銅網上蒸發(fā)碳膜作為支持膜，然后沉積40nm厚的Ge2Sb2Te5薄膜（4）退火溫度500℃幾百納米的晶粒形成，甚至出現空洞。（4）退火溫度620，空洞大量增加，體積變化很大，薄膜融化后再結晶?？斩串a生的推論和揣測：1.結晶過程中形成更為致密的結構，局部體積收縮形成空洞2.高溫導致的Ge2Sb2Te5中Sb和Te的揮發(fā)。AFM圖非晶相模型的缺乏，材料光學性能的計算存在問題，過去的相變合金材料的多是通過反復巧妙的實驗設計出來。在紅外光譜，Ge2Sb2Te5反差明顯但到405nm，卻不明顯。Eg.1.幾種主要材料體系的晶格結構a.Ge1Sb2Te4或Ge2Sb2Te5b.Te60Ge4Sn11Au25具有一定的晶格扭曲成功的相變材料和失敗的相變材料材料，和平均價電子環(huán)境友好型相變材料-GeSb,SiSbTe:熔點低，蒸汽壓高，高溫下易揮發(fā)。毒！Te元素的擴散，1.影響材料性能，造成材料體積變化，接觸不良。2.和電極（Ti）生成合金循環(huán)次數一直不夠，未能廣泛應用。相變存儲器的結構1.經典的蘑菇型結構其他改進手段：在電極和相變材料之間，增加一層過渡層，具有較低的熱導率和高的發(fā)熱效率，獲得更小的操作電流。Matsui,Y，etal;Ta2O5InterfacialLayerbetweenGSTandWPlugenablingLowPowerOperationofPhaseChangeMemories,ElectronDevicesMeeting,2006.IEDM'06.International.(2006)4.GST限制Lee,J.I.;HighlyScalablePhaseChangeMemorywithCVDGeSbTeforSub50nmGeneration,VLSITechnology,2007IEEESymposiumonDigitalObjectIdentifier(2007)在底電極上刻蝕出直徑很小的孔洞，填充GST，然后把表面拋平3.Pore結構Breitwischetal,NovelLithography-IndependentPorePhaseChangeMemory，VLSITechnology,2007IEEESymposiumonDigitalObjectIdentifier,[2007].操作電流：0.25mA1電極上刻出絕緣層小孔，2