Investigation of Device Structures and Programming Characteristics for High-density and High-performance Phase Change Memory
| Autor: | Der-Sheng Chao, 趙得勝 |
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| Rok vydání: | 2008 |
| Druh dokumentu: | 學位論文 ; thesis |
| Popis: | 96 本論文之研究動機為開發一具有高密度與高性能之相變化記憶體。為了評估相變化記憶體元件的操作特性，本研究發展一套功能強大的數值模型用於進行元件的熱電模擬工作，並建立適用的測試系統以作為元件的特性量測之用。本研究採用典型的mushroom-type相變化記憶體元件結構來作為元件特性的研究平台，元件的操作特性、耐久度、資料保存能力、以及多階操作等特性在本研究中被完整地探討，藉此可獲知影響元件特性的關鍵因素與元件失效的主要機制。由研究結果顯示不完全SET操作為造成耐久度失效的主要機制，而藉由操作脈波與heater材料的最佳化則可改善此不完全SET操作可能造成的問題。為了有效地降低相變化記憶體元件的操作電流，本研究乃提出一種新型的double-confined device的元件結構，此結構不但具有傳統confined device電流侷限的特性，藉由加入一熱絕緣層於操作區之下亦可同時提供熱侷限的效果。因此，採用double-confined device 可大大地提升元件的熱效率，因而可有效地降低元件的操作電流與功率損耗。由實驗結果也證實了double-confined device有極大的潛力可被應用於高密度的相變化記憶體。除了降低操作電流之外，實現相變化記憶體的多階操作亦為增加記憶體密度的有效作法。有鑑於此，本研究亦提出了一新型且具有較大操作區間的多階操作方法，並利用一套已建立的PCM HSPICE電路模型來模擬此多階操作的概念。由電路模擬與初步實驗的結果證實了此新型多階操作的可行性，且結果顯示串聯式的PCM元件結構因具有較低的操作電流與較小的元件面積，因而較適合應用於高密度的相變化記憶體。綜合言之，本研究提供了有關相變化記憶體元件特性的完整探討，所得的結果將有助於改善相變化記憶體的元件特性。本研究所開發的相變化記憶體元件可達成具競爭性的元件特性，包括：操作電流可低於0.3 mA、操作速度可快於50 ns、耐久度可高於1E6 cycles、以及資料保存能力在85 ℃的溫度之下可長於十年。因此，此相變化記憶體技術能夠達成高密度與高性能的目標，具有極大的潛力可成為下個世代的主流非揮發性記憶體技術。 |
| Databáze: | Networked Digital Library of Theses & Dissertations |
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