| 词条 | 相变存储器 |
| 释义 | 概述相变存储器（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。 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。 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[3]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。 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[4]、热绝缘体、电阻（加热器）、底部电极 发展历史与背景二十世纪五十年代至六十年代，Dr. Stanford Ovshinsky开始研究无定形物质的性质。无定形物质是一类没有表现出确定、有序的结晶结构的物质。1968年，他发现某些玻璃在变相时存在可逆的电阻系数变化。1969年，他又发现激光在光学存储介质中的反射率会发生响应的变化。1970年，他与他的妻子Dr. Iris Ovshinsky共同建立的能量转换装置（ECD）公司，发布了他们与Intel的Gordon Moore合作的结果。1970年9月28日在Electronics发布的这一篇文章描述了世界上第一个256位半导体相变存储器。 近30年后，能量转换装置（ECD）公司与MicronTechnology前副主席Tyler Lowery建立了新的子公司Ovonyx。在2000年2月，Intel与Ovonyx发表了合作与许可协议，此份协议是现代PCM研究与发展的开端。2000年12月，STMicroelectronics（ST）也与Ovonyx开始合作。至2003年，以上三家公司将力量集中，避免重复进行基础的、竞争的研究与发展，避免重复进行延伸领域的研究，以加快此项技术的进展。2005年，ST与Intel发表了它们建立新的闪存公司的意图，新公司名为Numonyx。 在1970年第一份产品问世以后的几年中，半导体制作工艺有了很大的进展，这促进了半导体相变存储器的发展。同时期，相变材料也愈加完善以满足在可重复写入的CD与DVD中的大量使用。Intel开发的相变存储器使用了硫属化物（Chalcogenides），这类材料包含元素周期表中的氧/硫族元素。Numonyx的相变存储器使用一种含锗、锑、碲的合成材料（Ge2Sb2Te5），多被称为GST。现今大多数公司在研究和发展相变存储器时都都使用GST或近似的相关合成材料。今天，大部分DVD-RAM都是使用与Numonyx相变存储器使用的相同的材料。 图书信息书 名: 相变存储器 作 者：宋志棠 出版社： 科学出版社 出版时间： 2010-2-1 ISBN: 9787030267405 开本： 16开 定价: 49.00元 内容简介本书依托国家“863”、“973”等项目，围绕PCRAM研发所涉及的基础科学与关键技术问题，对PCRAM的基本原理、PCRAM所用的材料体系、新型相变材料的理论与方法、PCRAM的关键单项工艺与集成工艺、器件单元结构改进、PCRAM所涉及的器件结构与芯片模拟、测试、芯片设计与制造等方面进行了较为详细的阶段性工作总结。 本书适合材料、微电子等相关专业的研究生、科技人员和教学人员使用。 图书目录前言 第1章 绪论 第2章 Ge2Sb2Te5相变材料及其改性 第3章 新型相变材料 第4章 相变存储单元制备及关键工艺 第5章 相变存储器模拟 第6章 新结构相变存储单元 第7章 相变存储器测试 第8章 相变存储器设计与制造 相变存储器芯片面世记者日前获悉，北京经济技术开发区科技创新再添新亮点，北京时代全芯科技有限公司在与美国全芯科技公司（BAMC）及其合作方IBM团队的共同努力下，已经设计完成第一批基于相变存储器的产品芯片，成为中国第一家取得高密度相变存储器芯片的公司。 北京时代全芯科技有限公司是由美国全芯科技公司（BAMC-USA）与北京亦庄国际投资发展有限公司合资成立的一家高科技公司，公司主要负责相变存储技术的产品化研究、引进消化和在中国的产业化，致力于发展具有一批中国自主知识产权的半导体存储技术和专利，成为世界领先的新一代存储技术的研发机构。目前，公司已经成功设计了两颗完整的产品芯片（256Mb的LPDDR2和32Mb的SPI 芯片），并设计了 一个16Mb的嵌入式相变存储器的宏模块，和一些其他的测试结构，成为北京时代全芯公司成立以来的一个重要的成绩。 时代全芯设计的芯片在市场中有突出的优点。SPI芯片和现有使用闪存的系统完全兼容并可以直接插入现有系统使用。LPDDR2芯片是第一个效仿DRAM功能的相变存储器，它的设计数据速率达到突出的800 Mb/sec。16Mb的嵌入式相变存储器IP可以用于很多SoC设计，重要的是嵌入式IP完全由北京时代全芯团队设计。 据了解，这些产品的制造已经在IBM位于佛蒙特州的柏灵顿的半导体设备中开始进行生产， 预计在明年的第一季可以提供第一批样品给客户。 “接下来，我们主要的任务是使这些芯片走向大量生产。”时代全芯相关负责人透露，企业计划在北京建设一个相变存储器的小型生产线以提供制造的需要。这个小型生产线将会帮助企业建立起生产的能力，并促进中国国内半导体技术的提高。（记者张金萍） |
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