一种精确控制微纳尺寸相变材料非晶化率连续变化的方法技术

本发明专利技术公开了一种通过施加低电平脉冲实现微纳尺寸GST相变材料非晶化率连续变化的控制方法，包括控制非晶化率连续单调增大和连续单调减小的操作，通过利用两个或两个以上的连续脉冲的幅值、宽度和间隔等三个参量综合自适应变化精确控制焦耳热产生，继而实现GST相变材料晶化率的连续变化，具体包括步骤：对相变存储单元施加具有一定参量的两个或两个以上的连续脉冲；在连续脉冲的作用下，相变材料获得一定的热量，使部分相变材料发生晶化或者非晶化；对上述连续脉冲的幅值、宽度和间隔进行调节，实现连续单调变化的非晶化率。本发明专利技术能够提高对相变材料非晶化率控制的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种精确控制微纳尺寸相变材料非晶化率连续变化的方法
本专利技术属于微电子学领域，具体涉及到一种应用在微纳尺寸相变材料非晶化率和晶化率的精确自适应控制方法。
技术介绍
1968年，S.R.Ovshinsky首次发现硫属化合物在电场作用下可以发生不同电阻态之间的可逆转变现象。然而硫属化合物真正被应用到电学存储器中也只是最近十几年的事情，这都归功于微电子行业这些年的发展，为相变存储器（Phasechangememory,PCM）的实现提供了技术前提，因为只有在微米甚至纳米尺度的情况下，硫属化合物材料相变所需要的功耗才能大大降低。相变材料在晶态和非晶态时电阻率相差很大：相变材料处于晶态时，原子排列规律，长程有序，呈现低的电阻率；相变材料处于非晶态时，原子排列不规律，短程有序，呈现高的电阻率。相变材料的电阻率与材料的非晶化程度密切相关，通常，通过控制相变材料的非晶化率来实现不同的电阻率，进而用于相变存储领域。目前，主要通过控制对相变材料施加的脉冲来精确控制相变材料的温度，进而实现对相变材料非晶化率的精确控制。常见的方法有以下几种：调节单个脉冲的下降沿时间控制非晶化率；调节脉冲宽度控制非晶化率。通过调节脉冲幅值和下降沿时间以及脉冲宽度控制非晶化率均可控制非晶化率，但是所采用脉冲的幅值均偏高，稳定性不够。同时，采用上述方法所实现对非晶化率的调节是分立的，而不是线性的。另外，实现低功耗的电子产品也是今后研究的方向。因此，急需一种低电压控制相变存储器非晶化率且能够连续变化的方法。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷，为了实现通过低电平控制相变材料的非晶化率连续变化，本专利技术的目的在于提供一种控制非晶化率的新方法，该方法能够有效控制相变存储器GST的非晶化率，实现相变存储单元非晶化率的连续变化。一种精确控制微纳尺寸相变材料非晶化率连续变化的方法，其利用两个或两个以上的连续脉冲的三个参量综合自适应变化精确控制焦耳热产生，继而实现GST相变材料晶化率的连续变化，所述三个参量为幅值、宽度和间隔，具体包括以下步骤：对相变存储单元施加具有一定参量的两个或两个以上的连续脉冲；在连续脉冲的作用下，相变材料获得一定的热量，使部分相变材料发生晶化或者非晶化；对上述连续脉冲的幅值、宽度和间隔进行调节，实现连续单调变化的非晶化率。其中，所述方法包括控制非晶化率连续单调增大的方法和连续单调减小的方法。其中所述单调增大的方法包括晶化控制方法和非晶化控制方法，其特征在于：首先对微纳尺寸相变材料进行完全晶化操作，对微纳尺寸相变材料通过两个电极施加一个电脉冲或多个电脉冲，所述电脉冲为电压脉冲，该脉冲将微纳尺寸相变材料变成完全晶态；然后再通过对微纳尺寸相变材料施加两个或两个以上的连续电压脉冲进行非晶化控制操作，采用脉冲序列三个基本参量的控制可获得预期的微纳尺寸相变材料任意晶化率。其中包括通过逐渐增大非晶化控制脉冲序列中两个或两个以上脉冲的幅值、脉宽或者减小脉冲间隔的方法。其中所述单调减小的方法包括非晶化操作和晶化操作，包括：首先对微纳尺寸相变材料进行完全非晶化操作，对微纳尺寸相变材料通过两个电极施加一个电脉冲或多个电脉冲，所述电脉冲为电压脉冲，该脉冲将微纳尺寸相变材料变成完全非晶态；再通过对微纳尺寸相变材料施加两个或两个以上的连续电压脉冲进行晶化控制，采用脉冲序列三个基本参量的控制可获得预期的微纳尺寸相变材料任意非晶化率。其中，包括通过逐渐增大晶化控制脉冲序列中两个或者两个以上脉冲的幅值、脉宽或者减小脉冲间隔的方法。其中，所述脉冲间隔的范围为10ns到50ns之间。其中，所实现的非晶化率的变化范围为0～1。本专利技术中，关键在于能够通过施加低电平脉冲，实现相变材料非晶化率的连续变化。本专利技术的有益效果如下：通过提出一种精确控制微纳相变材料非晶化率连续变化的方法，对相变材料施加两个或者两个以上的脉冲序列，通过精确调节脉冲序列的幅值、脉宽或者脉冲间隔来实现非晶化率的连续变化，能有效地降低操作电平，并实现非晶化率连续变化；并且，能够对相变材料非晶化率控制的稳定性。因此，本专利技术除了拥有PCM的常规优点，还解决了其操作电平高的问题，降低了操作电平，可以运用于相变存储器的多值存储方面。附图说明图1是根据本专利技术实施例的相变存储单元的结构图；图2是根据本专利技术实施例的相变存储单元的热模型图；图3是按照本专利技术实施例中控制相变存储单元非晶化率连续减小的写脉冲的示意图；图4是按照本专利技术实施例中控制相变存储单元非晶化率连续减小的擦脉冲的示意图；图5是按照本专利技术实施例的相变存储单元在不同脉冲间隔写脉冲作用后的晶态阻值与擦脉冲操作后非晶态阻值的对比图；图6是按照本专利技术实施例中控制相变存储单元非晶化率连续单调增大的擦脉冲的示意图；图7是按照本专利技术实施例中控制相变存储单元非晶化率连续单调增大的写脉冲的示意图；图8（a）为采用相同间隔，相同脉宽，不同幅值的双脉冲对单元进行操作来控制相变存储单元的非晶化程度的示意图；图8（b）为采用相同幅值，相同间隔，不同脉宽的双脉冲对单元进行操作来控制相变存储单元的非晶化程度的示意图；图8（c）为采用不同间隔的双脉冲对单元进行操作来控制相变存储单元的非晶化程度的示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供的一种精确控制微纳尺寸相变材料非晶化率连续变化的方法，包括以下步骤：对相变存储单元施加具有一定参量（幅值、脉宽、脉冲间隔）的两个或两个以上的连续脉冲；在连续脉冲的作用下，相变材料获得一定的热量，使部分相变材料发生晶化或者非晶化；对上述连续脉冲的幅值、宽度和间隔进行调节，以实现连续变化的非晶化率。所述的相变存储材料非晶化率的连续变化包括连续单调增大和连续单调减小两种控制效果。通过连续增大非晶化控制脉冲序列的幅值、宽度以及减小脉冲间隔，以控制非晶化率连续增大；通过连续增大晶化控制脉冲序列的幅值、宽度以及减小脉冲间隔，以控制非晶化率连续减小。所选脉冲的参数根据相变存储单元特性的不同而不同，其中，对于连续脉冲幅值和宽度的选择一般是低于单脉冲操作的脉冲幅值和宽度，脉冲间隔的优选范围为10ns到50ns之间。图1为根据本专利技术实施例的相变存储器器件单元的电路图。如图1所示，每个相变存储器器件单元10是由相变存储单元11和选择晶体管12组成，构成1T1R结构。相变存储单元11的一端连接位线BL，另一端通过选择晶体管12连接地。选择晶体管12的栅极连接到字线WL，通过控制字线WL上的电压控制选择晶体管12的通断，使位线BL上的电信号能够通过相变存储单元11。在相变存储单元字线WL选通时，相变存储单元11根据加在位线BL上的电信号在晶态与非晶态之间转换。在非晶化过程中，所加的电信号不同，相变存储单元11的非晶化率也不同。图2为根据本专利技术实施例的相变存储单元的截面示意图。如图2所示，相变存储单元包括上电极21、下电极24、相变材料层22和绝缘层23。其中上电极21和下电极24由导电材料构成，可以是金属铝电极等。相变材料层22由硫属化物组成，可以是GST材料，如Ge2Sb2Te5。相变材料层22在电信号的作用下在晶态与非晶态之本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种精确控制微纳尺寸相变材料非晶化率连续变化的方法，其利用两个或两个以上的连续脉冲的三个参量综合自适应变化精确控制焦耳热产生，继而实现GST相变材料非晶化率的连续变化，所述三个参量为幅值、宽度和间隔，具体包括以下步骤：对相变存储单元施加具有一定参量的两个或两个以上的连续脉冲；在连续脉冲的作用下，相变材料获得一定的热量，使部分相变材料发生晶化或者非晶化；对上述连续脉冲的幅值、宽度和间隔进行调节，实现连续单调变化的非晶化率。

【技术特征摘要】
1.一种精确控制微纳尺寸相变材料非晶化率连续变化的方法，其利用两个以上的连续脉冲序列的三个参量综合自适应变化精确控制焦耳热产生，继而实现锗锑蹄相变材料非晶化率的连续变化，包括控制非晶化率连续单调增大和连续单调减小，所述三个参量为幅值、宽度和间隔，具体包括以下步骤：对相变存储单元施加具有一定参量的两个以上的连续脉冲序列，其中每个脉冲序列中包含先后两个相同的脉冲；在连续脉冲序列的作用下，相变材料获得一定的热量，使部分相变材料发生晶化或者非晶化；对上述连续脉冲序列的幅值、宽度和间隔进行调节，实现连续单调变化的非晶化率；其中，所述单调增大包括晶化控制操作和非晶化控制操作，具体为：首先对微纳尺寸相变材料进行完全晶化操作，对微纳尺寸相变材料通过两个电极施加一个电脉冲或多个电脉冲，所述电脉冲为电压脉冲，该电压脉冲将微纳尺寸相变材料变成完全晶态；然后再通过对微纳尺寸相变材料施加两个以上的连续电压脉冲序列进行非晶化控制操作，采用脉冲序列三个参量的控制可获得...

【专利技术属性】
技术研发人员：李震，缪向水，何强，邓宇舤，周伟，缪颖，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：