面向納電子時(shí)代的非易失性存儲(chǔ)器
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圖3a - PCM原型結(jié)構(gòu)的被寫存儲(chǔ)單元的自加熱示意圖
PCM的技術(shù)發(fā)展路線如圖4所示。業(yè)界利用180nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)開發(fā)出了首個(gè)芯片測(cè)試載具，并驗(yàn)證了此項(xiàng)技術(shù)的可行性。BJT選定的單元被高性能和高密度存儲(chǔ)器選用，因?yàn)閱卧叽缈梢允?5F2 (其中F是存儲(chǔ)單元半節(jié)距最小值)。雖然單元尺寸較大("20F2)，但是集成存儲(chǔ)器只需在邏輯制程中增加很少的掩模，成本優(yōu)勢(shì)十分突出，因此，MOS選定的單元適用于系統(tǒng)芯片或嵌入式應(yīng)用。
圖4 - PCM技術(shù)發(fā)展路線圖
英特爾和意法半導(dǎo)體開發(fā)出一款叫做Alverstone的128Mb的90nm相變存儲(chǔ)器，該產(chǎn)品現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。另外一款 45nm 1Gb PCM產(chǎn)品現(xiàn)已進(jìn)入高級(jí)研發(fā)階段，該產(chǎn)品設(shè)計(jì)的單元尺寸為5.5F2 (圖3-b)。
圖3 b - 45nm技術(shù)PCM陣列的截面圖
PCM技術(shù)研發(fā)將沿著不同的路線并行前進(jìn)。主流的開發(fā)路線將是采用BJT選定的單元，沿著光刻技術(shù)發(fā)展路線，縮小現(xiàn)有技術(shù)架構(gòu)，提供最小的單元尺寸。除廣泛使用的 Ge2Sb2Te5以外，利用新的硫系合金是另外一個(gè)重要的研究領(lǐng)域，因?yàn)檫@可能會(huì)開創(chuàng)全新的應(yīng)用領(lǐng)域；結(jié)晶速度極快或結(jié)晶溫度更高的合金將會(huì)更有吸引力。
在存儲(chǔ)器架構(gòu)方面，一條研究主線將是利用真正的交叉點(diǎn)陣列，實(shí)現(xiàn)一層以上的存儲(chǔ)器疊層。通過在后工序中集成p-n結(jié)或肖特基二極管作為選擇元件，業(yè)界已經(jīng)提出了不同的解決方法。硫系材料特別適合這種堆疊方法，因?yàn)樵诹蛳挡牧隙询B后，其相變特性（像Ge2Sb2Te5）可以構(gòu)成存儲(chǔ)器元件，同時(shí)其電子開關(guān)特性（像OTS）構(gòu)成選擇元件（圖5）。在這種情況下，單元尺寸可以達(dá)到4F2，位大小是單元尺寸的幾分之一，具體大小取決于疊層數(shù)量，這項(xiàng)技術(shù)適用于高密度存儲(chǔ)器，特別是存儲(chǔ)應(yīng)用。
圖5 - 一層采用CMOS技術(shù)全集成的交叉點(diǎn)PCM陣列
總之，現(xiàn)有的技術(shù)成熟度，技術(shù)節(jié)點(diǎn)縮小能力，更廣泛的應(yīng)用范圍，而且新材料和新架構(gòu)可進(jìn)一步擴(kuò)大應(yīng)用范圍，這一切為相變存儲(chǔ)器技術(shù)未來十年在存儲(chǔ)器市場(chǎng)發(fā)揮重要作用鋪平了道路。
評(píng)論