随着信息产业的快速发展,人们对移动存储的需求急剧增长。由于Flash存储技术具有非挥发的存储特性,因此被广泛地用于具有移动存储功能的各种产品中。 然而Flash技术要求较高的写入电压、写入速度也很慢(us量级),很难适应未来高速、低功耗的存储要求。在这种情况下,相变存储器的研究被提上了议事日程。相变存储器是利用硫系化合物在非品态和晶态的电阻率差异实现双稳态的存储。由于相变存储器具有快速的写/擦速度(ns量级)、高密度存储能力、良好的数据保存特性以及能够和目前的CMOS工艺兼容等优点被业界认为最有希望替代闪存(Flash),成为下一代非挥发存储器的主流存储技术。 如何提高存储器的存储密度是一个值得研究的课题。通常有两种方式能够实现这个目标:一种是缩小存储单元的尺寸,以便提高单位面积的存储能力:另外一种方法就是多态存储。所谓多态存储,就是在同一个存储单元巾存储多个状态,这样可以在不缩小存储单元尺寸的前提下,提高存储密度。目前在相变存储器的研究中,大部分的研究重点放在如何减小存储单元尺寸上,因为这样既可以提高存储密度又可以降低reset过程的写电流.本研究在相变存储器的set过程寻求多态存储的解决方案,并在以下几方面进行了研究:(1)、研究了单层相变薄膜实现多态存储的可能性.对传统的相变材料(GST)进行改性,制备了N掺杂的GST.研究表明,N掺杂通过提高GST的晶化温度和相变温度,提高了GST的高温稳定性；掺杂的N和Ge结合形成GeN,该物质存在于GST的晶界上,束缚晶粒长大的同时也增强了非晶态、晶态fcc相以及晶态hex相的电阻率稳定性,从而提高了非晶态、晶态fcc相以及晶态hex相的电阻率区分度,有利于利用这三个状态的电阻率分别表征不同的存储状态,实现多态存储。 (2)、提出了将不同电阻率的相变薄膜叠加、形成的层叠薄膜具有多态存储的能力.通过.ANSYS软件分析了该层叠薄膜实现多态存储的原因是:相同电流流过相变薄膜时,在电阻率较高的薄膜内产生较高的温升,这样电阻率较高的薄膜能够在较小的电流下先于电阻率低的薄膜发生晶化,从而达到分层晶化的效果,多态存储就能够实现.我们进一步通过实验验证了层叠薄膜(GST-Si/W/GST)中的 GST-Si和GST 能在1.4mA和5.2mA被分别晶化,层叠相变薄膜的分层晶化效果明显,层叠相变薄膜的多态存储特性得到很好的证明。 (3)、研究了W阻挡层在层叠相变薄膜分层晶化中所起的作用。计算表明,W阻挡层的引入有助于缓解相变薄膜晶化瞬间对相邻相变薄膜造成的电、热干扰,从而有利于分层晶化的实现。通过实验,我们也发现随着w阻挡层厚度的增加,中间态的电阻"台阶"能够被延长,W阻挡层具有调节电阻"台阶"宽度的作用。这也间接证实了W阻挡层的抗干扰作用。