相变存储器件OTS与OMS物理机理和模型研究

相变存储器利用某些金属硫化物的热致晶态-非晶态可逆相变原理工作，具有非易失、速度快、存储密度大、工作电压低等优点，是下一代存储技术最有力的竞争者之一。为评估不同器件结构不同尺寸不同材料PCM单元的电气特性，需要建立能够进行器件读写操作模拟的数值仿真器，本项目通过采用分级模拟及mixed-mode策略，将建立基于电热耦合及原胞自动机相变算法的数值模拟器，并首次实现同时包括OTS和OMS过程在内的连续时域模拟。为建立材料、器件、工艺、电路之间的纽带，需要建立基于物理的相变存储器单元及其驱动器件SPICE模型，本项目将根据非晶态半导体的传输性质，开发包含温度反馈的阻抗解析模型，并首次提出基于物理的、能够体现阻抗随结晶比例变化的SPICE模型，同时提出基于物理的驱动器件阵列的SPICE模型，建立相应的字线位线导通电流和漏电流模型及其相应的参数提取工具，满足PCM大工艺生产对模型与模拟技术的需求。

通过本课题的资助完成了相变存储单元亚阈区、阈值转换区以及相变区的物理模型，并开发了相应的模拟程序，可以对不同材料不同结构的相变存储单元进行性能模拟；开发了基于离散电阻网络的SPICE模型，可以进行相变存储器电路仿真，主要包括：.（1）.首次提出了一种包含结效应的亚阈区模型，当器件尺寸进一步缩小，结效应将不可忽略，在低场下采用结模型，高场下采用PF模型，结果表明，该模型与测试数据吻合较好；.（2）.提出了一种基于带间激发和跳跃传导机制的阈值转换模型，结果表明，可以有效解释相变存储单元的scaling效应.（3）.开发了基于结晶/成核理论的3D相变存储器数值仿真工具，可以有效对不同结构的相变存储单元的电气特性进行模拟与预测。.（4）.开发了基于离散电阻网络的SPICE模型，首次实现了对不同尺寸T型相变存储单元的SPICE模型.通过本课题的资助，合计发表论文12篇，申请发明专利两项，其中一项PCT国际专利，培养博士生1名，硕士生7名，完成了既定研究目标。