非易失性存儲器(NVM)在半導體市場占有重要的一席之地,，特別是主要用于手機和其它便攜電子設備的閃存芯片。今后幾年便攜電子系統(tǒng)對非易失性存儲器的要求更高,，數(shù)據(jù)存儲應用需要寫入速度極快的高密度存儲器,，而代碼執(zhí)行應用則要求存儲器的隨機訪存速度更快。

      經(jīng)過研究人員對浮柵存儲技術(shù)的堅持不懈的研究,，現(xiàn)有閃存的技術(shù)能力在2010年底應該有所提升,，盡管如此，現(xiàn)在人們越來越關(guān)注有望至少在2020年末以前升級到更小技術(shù)節(jié)點的新式存儲器機制和材料,。 

     目前存在多種不同的可以取代浮柵概念的存儲機制,，相變存儲器（PCM）就是其中一個最被業(yè)界看好的非易失性存儲器，具有閃存無法匹敵的讀寫性能和升級能力,。

     在室溫環(huán)境中,，基于第六族元素的某些金屬（硫族化合物）的晶態(tài)和非晶態(tài)的穩(wěn)定性非常好。特別是GeSbTe合金最被看好,，因為它遵守一個偽二元構(gòu)成方式（在GeTe和 Sb2Te3之間）,，以下簡稱GST。 

      在基于硅的相變存儲器中,，不同強度的電流經(jīng)過加熱器（電阻）,，到達硫化物材料，利用局部熱焦耳效應,，改變接觸區(qū)周圍的可寫入容量（圖1）,。在經(jīng)過強電流和快速猝滅后，材料被冷卻成非晶體狀態(tài),，導致電阻率增大,。切換到非晶體狀態(tài)通常用時不足100ns，單元的熱時間常量通常僅為幾納秒,。若恢復接觸區(qū)的晶體狀態(tài),，使材料的電阻率變小，需要施加中等強度的電流,，脈沖時間較長,。存儲單元寫入操作所用的不同電流產(chǎn)生了存儲器的直接寫入特性。這種直接寫入功能可簡化存儲器的寫入操作,，提高寫入性能,。

圖1a：PCM存儲元件的橫截面原理圖

圖1b：寫入操作過程中的模擬溫度曲線圖

       使用比寫入電流低很多的且無重要的焦耳熱效應的電流讀取存儲器,，從而可以區(qū)別高電阻（非晶體）和低電阻（晶體）狀態(tài)。

       PCM被業(yè)界看好是因為兩大原因,。第一原因是存儲器功能性增強：這些改進之處包括更短的隨機訪存時間,、更快的讀寫速度，以及直接寫入,、位粒度和高耐讀寫能力,。整合今天的閃存和快速動態(tài)隨機訪問存儲器（DRAM）的部分特性，PCM技術(shù)將存儲器的功能提升到一個新的水平,，最終不僅可以取代閃存,，還能替代DRAM的部分用處，如常用操作碼保存和高性能磁盤緩存 (圖2) ,。

圖2：存儲技術(shù)屬性比較

     存儲單元小和制造工藝可以升級是讓人們看好PCM的第二大理由,。相變物理性質(zhì)顯示制程有望升級到5 nm節(jié)點以下，有可能把閃存確立的成本降低和密度提高的速度延續(xù)到下一個十年期,。

     采用一項標準CMOS技術(shù)整合PCM概念,、存儲單元結(jié)構(gòu)及陣列和芯片測試載具的方案已通過廣泛的評估和論證。128 Mb高密度相變存儲器原型經(jīng)過90 nm制程論證,，測試表明性能和可靠性良好,。根據(jù)目前已取得的制程整合結(jié)果和對PCM整合細節(jié)理解水平，下一個開發(fā)階段將是采用升級技術(shù)制造千兆位（Gbit）級別的PCM存儲器,。

  【參考文獻】

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關(guān)于作者

Roberto Bez

恒憶研發(fā)中心技術(shù)開發(fā)部研究員,，負責恒憶相變存儲技術(shù)（PCM）的研發(fā)工作。

 Roberto于1987年加入意法半導體,。在任職于ST的20年間,，他服務于多個非易失性存儲技術(shù)部門，重點研究領域是NOR閃存,、NAND閃存及相變存儲（PCM）,。Roberto擁有超過25項專利，所著文章曾發(fā)表在100多種刊物上,。

 Roberto畢業(yè)于米蘭大學（University of Milan）,，獲得物理學學士學位。

 關(guān)于恒憶 (Numonyx)

恒憶設計與生產(chǎn)制造完整的集成NV-RAM,、NOR,、NAND 和相變移位存儲器等非易失性存儲技術(shù)與產(chǎn)品，以滿足無線,、數(shù)據(jù)和嵌入式存儲器市場日趨復雜的需求,。恒憶結(jié)合了意法半導體(STMicroelectronics)和英特爾(Intel) 存儲部門的技術(shù)與制造專業(yè)，致力于為全球客戶提供高密度,、低功耗存儲技術(shù)與封裝解決方案,。關(guān)于恒憶的詳細信息，請查詢公司網(wǎng)站 numonyx.com/">www.numonyx.com,。