Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Những Tiến Bộ Gần Đây về Mô Hình Hóa Vật Liệu và Thiết Bị Thay Đổi Pha
Tóm tắt
Khi công nghệ bộ nhớ không bay hơi tiến gần đến nút thế hệ 45nm và với những hạn chế nghiêm trọng trong việc thu nhỏ kích thước bộ nhớ Flash truyền thống, bộ nhớ thay đổi pha (PCM) đang thu hút sự chú ý như là một loại bộ nhớ mới nổi. Sự quan tâm ứng dụng cao đối với công nghệ này không chỉ yêu cầu tiến bộ trong các vấn đề tích hợp của khái niệm lưu trữ mới, mà còn quan trọng hơn là cần có sự cải thiện đáng kể trong hiểu biết vật lý về lập trình, cơ chế độ tin cậy và khả năng mở rộng của công nghệ mới. Điều này chỉ có thể đạt được thông qua một nghiên cứu chi tiết về các quá trình vi mô trong vật liệu chalcogenide, bao trùm một dải rộng các hiện tượng vật lý, từ việc vận chuyển electron trong môi trường rối loạn đến các hiệu ứng tự gia nhiệt, từ quá trình hình thành và phát triển trong trạng thái rắn ở quy mô nano. Bài trình bày sẽ tổng hợp những tiến bộ gần đây nhất trong việc hiểu biết và mô hình hóa các cơ chế lập trình và độ tin cậy trong các thiết bị PCM dựa trên chalcogenide. Các mô phỏng điện- nhiệt của hành vi lập trình cho phép hiểu rõ ảnh hưởng của hình dạng tế bào và vật liệu hoạt động/hồ điện cực lên dòng lập trình, và thực hiện so sánh các quy tắc thu nhỏ khác nhau cho các nút công nghệ tương lai. Độ tin cậy của tế bào sẽ được thảo luận với trọng tâm là động học tinh thể tự phát trong vật liệu chalcogenide vô định hình, các định luật gia tốc để dự đoán thời gian duy trì ở nhiệt độ thấp, và những hạn chế có thể do quá trình chuyển pha nhanh trong các cụm nano chalcogenide vô định hình/dây nano. Một mô hình phân tích cho quá trình hình thành và phát triển trong pha vô định hình sẽ được giới thiệu, cho phép xác định các hướng dẫn cho việc chế tạo vật liệu và cải thiện độ tin cậy. Các vấn đề liên quan đến độ tin cậy trong việc thu nhỏ khác, như sự phân bố thống kê của thời gian tinh thể hóa và sự giãn nở cấu trúc của pha vô định hình, cũng sẽ được thảo luận.
Từ khóa
Tài liệu tham khảo
S. R. Ovshinsky, “Reversible electrical switching phenomena in disordered structures,” Phys. Rev. Lett., vol. 21, pp. 1450–1453, 1968.
S. J. Ahn, et al., “Highly manufacturable high density phase change memory of 64Mb and beyond,” in IEDM Tech. Dig., pp. 907–910, 2004.
F. Pellizzer, et al., “A 90nm phase change memory technology for stand-alone non-volatile memory applications,” in Symp. VLSI Tech. Dig., pp. 122–123, 2006.
Y. C. Chen, et al., “Ultra-thin phase-change bridge memory device using GeSb,” in IEDM Tech. Dig., 777–780, 2006.
H. Horii, et al., “A novel cell technology using N-doped GeSbTe films for phase change RAM,” in Symp. on VLSI Tech. Dig., 177–178, 2003.
S. Kang, et al, “A 0.1-µm 1.8-V 256-Mb Phase-Change Random Access Memory (PRAM) With 66-MHz Synchronous Burst-Read Operation,” in IEEE Journ. Of Solid-State Circuits, vol. 42, pp 210–218
N. Matsuzaki, et al., “Oxygen-doped Ge2Sb2Te5 phase-change memory cells featuring 1.5-V/100-µA standard 0.13µm CMOS operations,” in IEDM Tech. Dig., 738–741, 2005.
S. Lai, “Current status of the phase change memory and its future,” in IEDM Tech. Dig., pp. 255–258, 2003.
A. Pirovano, et al., “Reliability study of phase-change nonvolatile memories,” IEEE Trans. Device Mater. Rel., vol. 4, no. 3, pp. 422–427, Sep. 2004
A. Pirovano, et al., “Low-field amorphous state resistance and threshold voltage drift in chalcogenide materials,” IEEE Trans. Electron Devices, vol. 51, no. 5, pp. 714–719, May 2004.
K. Kim and S.-J. Ahn, “Reliability investigations for manufacturable high density PRAM,” in Proc. IRPS, 2005, pp. 157–162.
A. L. Lacaita, et al, “Electrothermal and phase-change dynamics in chalcogenide-based memories,” in IEDM Tech. Dig., 2004, pp. 911–914.
U. Russo, et al, “Modeling of Programming and Read Performance in Phase-Change Memories—Part I: Cell Optimization and Scaling,” IEEE Trans. Electron Devices, 55, 506, 2008.
S. J. Ahn et al., “Highly reliable 50 nm contact cell technology for 256 Mb PRAM,” in VLSI Symp. Tech. Dig., 2005, pp. 98–99.
G. T. Jeong et al., “Process technologies for the integration of high density phase change RAM,” in Proc. Integr. Circuit Des. Technol. Int. Conf., 2005, pp. 19–22.
D. Ielmini, et al., “Recovery and drift dynamics of resistance and threshold voltages in phase-change memories,” IEEE Trans. Electron Devices 54, 308, 2007.
U. Russo, et al., “Intrinsic data retention in nanoscaled phase-change memories – Part I: Monte Carlo Model for Crystallization and Percolation,” IEEE Trans. Electron Devices 53, 3032, 2006
A. Redaelli, et al., “Intrinsic data retention in nanoscaled phase-change memories – Part I: Statistical analysis and prediction of failure time,” IEEE Trans. Electron Devices 53, 3040, 2006.
C. Peng, et al., “Experimental and theoretical investigations of laser-induced crystallization and amorphization in phase change optical recording media,” J. Appl. Phys., vol. 82, no. 9, pp. 4183–4191, Nov. 1997.
D. Ielmini and Y. Zhang, “Evidence for trap-limited transport in the sub-threshold conduction regime of chalcogenide glasses,” Appl. Phys. Lett. 90, 192102, 2007
J. W. Christian, The Theory of Transformations in Metals and Alloys, Oxford, U.K.: Pergamon, 1975.
H. B. Singh and A. Holz, “Stability limit of supercooled liquids,” Solid State Commun., vol. 45, no. 11, pp. 985–987, Mar. 1983.
S. Senkader and C. D. Wright, “Models for phase-change of Ge2Sb2Te5 in optical and electrical memory devices,” J. Appl. Phys., vol. 95, no. 2, pp. 504–511, Jan. 2004.
U. Russo, et al, “Analytical Modeling of Chalcogenide Crystallization for PCM Data-Retention Extrapolation,” IEEE Trans. On Electron Devices 54, 2769, 2007
J. A. Kalb, et al., “Kinetics of crystal nucleation in undercooled droplets of Sb- and Te- based alloys used for phase change recording,” J. Appl. Phys., vol. 98, no. 5, p. 054 910, Sep. 2005.
M. Hirasawa, et al., “Size-dependent crystallization of Si nanoparticles”, Appl. Phys. Lett., vol. 88, p. 093119, 2006.
D. J. Milliron, et al., “Solution-phase deposition and nanopatterning of GeSbSe phase-change materials”, Nature Mater., vol. 6, pp. 352–356, 2007.
S. Raoux, et al., “Scaling properties of phase change nanostructures and thin films,” in EPCOS Confer. Proc., pp. 905–908, 2006.
S.-H. Lee, et al., “Highly scalable non-volatile and ultra-low-power phase-change nanowire memory”, Nature Nanotech., vol. 2, pp. 626–630, 2007
A. L. Lacaita and D. Ielmini, “Reliability issues and scaling projections for phase change non volatile memories,” IEDM Tech. Dig. 2007, pp.157–160, 2007
N. Yamada, et al., “Rapid phase transitions of GeTe - Sb2Te3 psuedobinary amorphous thin films for an optical disk memory,” J. Appl. Phys., vol. 69, no. 5, pp. 2849–2856, Mar. 1991.
J. K. Olson, et al., Optical properties of amorphous GeTe, Sb2Te3, and Ge2Sb2Te5: The role of oxygen, J. Appl. Phys., vol. 99, p. 103508, 2006.