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(shù)據(jù)光盤在脈沖激光的熱誘導下可以實現(xiàn)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(xiàn)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(shù)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(shù)的峰：A高波數(shù)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(jīng)形成（3）退火溫度250℃晶粒（100nm-200）已經(jīng)形成銅網(wǎng)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(xiàn)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(chǎn)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(shù)一直不夠，未能廣泛應用。相變存儲器的結構1.經(jīng)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