PCM相變存儲(chǔ)器是一種應(yīng)用相變材料作為儲(chǔ)存介質(zhì)的存儲(chǔ)器技術(shù)，在現(xiàn)實(shí)生活中得到廣泛應(yīng)用。為增進(jìn)大家對(duì)PCM相變存儲(chǔ)器的認(rèn)識(shí)，本文將對(duì)PCM相變存儲(chǔ)器的發(fā)展歷史、PCM相變存儲(chǔ)器的工作原理予以介紹。如果你對(duì)PCM相變存儲(chǔ)器具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、PCM相變存儲(chǔ)器發(fā)展歷史

相變存儲(chǔ)器，簡(jiǎn)稱(chēng)PCM，相變存儲(chǔ)器就是利用特殊材料在晶態(tài)和非晶態(tài)之間相互轉(zhuǎn)化時(shí)所表現(xiàn)出來(lái)的導(dǎo)電性差異來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的。相變存儲(chǔ)器通常是利用硫族化合物在晶態(tài)和非晶態(tài)巨大的導(dǎo)電性差異來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的一種信息存儲(chǔ)裝置。

二十世紀(jì)五十年代至六十年代，Dr. Stanford Ovshinsky開(kāi)始研究無(wú)定形物質(zhì)的性質(zhì)。無(wú)定形物質(zhì)是一類(lèi)沒(méi)有表現(xiàn)出確定、有序的結(jié)晶結(jié)構(gòu)的物質(zhì)。1968年，他發(fā)現(xiàn)某些玻璃在變相時(shí)存在可逆的電阻系數(shù)變化。1969年，他又發(fā)現(xiàn)激光在光學(xué)存儲(chǔ)介質(zhì)中的反射率會(huì)發(fā)生響應(yīng)的變化。1970年，他與他的妻子Dr. Iris Ovshinsky共同建立的能量轉(zhuǎn)換裝置（ECD）公司，發(fā)布了他們與Intel的Gordon Moore合作的結(jié)果。1970年9月28日在Electronics發(fā)布的這一篇文章描述了世界上第一個(gè)256位半導(dǎo)體相變存儲(chǔ)器。近30年后，能量轉(zhuǎn)換裝置（ECD）公司與Micron Technology前副主席Tyler Lowery建立了新的子公司Ovonyx。在2000年2月，Intel與Ovonyx發(fā)表了合作與許可協(xié)議，此份協(xié)議是現(xiàn)代PCM研究與發(fā)展的開(kāi)端。2000年12月，STMicroelectronics（ST）也與Ovonyx開(kāi)始合作。至2003年，以上三家公司將力量集中，避免重復(fù)進(jìn)行基礎(chǔ)的、競(jìng)爭(zhēng)的研究與發(fā)展，避免重復(fù)進(jìn)行延伸領(lǐng)域的研究，以加快此項(xiàng)技術(shù)的進(jìn)展。2005年，ST與Intel發(fā)表了它們建立新的閃存公司的意圖，新公司名為Numonyx。在1970年第一份產(chǎn)品問(wèn)世以后的幾年中，半導(dǎo)體制作工藝有了很大的進(jìn)展，這促進(jìn)了半導(dǎo)體相變存儲(chǔ)器的發(fā)展。同時(shí)期，相變材料也愈加完善以滿(mǎn)足在可重復(fù)寫(xiě)入的CD與DVD中的大量使用。Intel開(kāi)發(fā)的相變存儲(chǔ)器使用了硫?qū)倩铮–halcogenides），這類(lèi)材料包含元素周期表中的氧/硫族元素。Numonyx的相變存儲(chǔ)器使用一種含鍺、銻、碲的合成材料（Ge2Sb2Te5），多被稱(chēng)為GST?，F(xiàn)今大多數(shù)公司在研究和發(fā)展相變存儲(chǔ)器時(shí)都都使用GST或近似的相關(guān)合成材料。今天，大部分DVD-RAM都是使用與Numonyx相變存儲(chǔ)器使用的相同的材料。

二、PCM相變存儲(chǔ)器的工作原理是什么

相變存儲(chǔ)器（PCM）是一種非易失存儲(chǔ)設(shè)備，它利用材料的可逆轉(zhuǎn)的相變來(lái)存儲(chǔ)信息。同一物質(zhì)可以在諸如固體、液體、氣體、冷凝物和等離子體等狀態(tài)下存在，這些狀態(tài)都稱(chēng)為相。相變存儲(chǔ)器便是利用特殊材料在不同相間的電阻差異進(jìn)行工作的。

在非晶態(tài)下，GST材料具有短距離的原子能級(jí)和較低的自由電子密度，使得其具有較高的電阻率。由于這種狀態(tài)通常出現(xiàn)在RESET操作之后，一般稱(chēng)其為RESET狀態(tài)，在RESET操作中DUT的溫度上升到略高于熔點(diǎn)溫度，然后突然對(duì)GST淬火將其冷卻。冷卻的速度對(duì)于非晶層的形成至關(guān)重要。非晶層的電阻通?？沙^(guò)1兆歐。

在晶態(tài)下，GST材料具有長(zhǎng)距離的原子能級(jí)和較高的自由電子密度，從而具有較低的電阻率。由于這種狀態(tài)通常出現(xiàn)在SET操作之后，我們一般稱(chēng)其為SET狀態(tài)，在SET操作中，材料的溫度上升高于再結(jié)晶溫度但是低于熔點(diǎn)溫度，然后緩慢冷卻使得晶粒形成整層。晶態(tài)的電阻范圍通常從1千歐到10千歐。晶態(tài)是一種低能態(tài)；因此，當(dāng)對(duì)非晶態(tài)下的材料加熱，溫度接近結(jié)晶溫度時(shí)，它就會(huì)自然地轉(zhuǎn)變?yōu)榫B(tài)。

典型的GST PCM器件結(jié)構(gòu)頂部電極、晶態(tài)GST、α/晶態(tài)GST、熱絕緣體、電阻（加熱器）、底部電極組成。一個(gè)電阻連接在GST層的下方。加熱/熔化過(guò)程只影響該電阻頂端周?chē)囊恍∑瑓^(qū)域。擦除/RESET脈沖施加高電阻即邏輯0，在器件上形成一片非晶層區(qū)域。擦除/RESET脈沖比寫(xiě)/SET脈沖要高、窄和陡峭。SET脈沖用于置邏輯1，使非晶層再結(jié)晶回到結(jié)晶態(tài)。

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