【摘 要】
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三维相变存储器（3D PCM）凭借其高存储器密度、高可靠性、高擦写速度的优点,在存储级内存的应用中备受憧憬,但随着阵列规模扩大,漏电流和功耗同时也在提升,需要采用新型二端选通管与相变存储单元集成来抑制漏电流的大小。基于硫系化合物的奥式阈值开关（OTS）作为目前与PCM集成特性最优异的新型选通管,存在多种不同体系,性能各异的OTS选通管与PCM进行集成,会带来集成特性的多样性,同时也给操作方法的创新
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三维相变存储器（3D PCM）凭借其高存储器密度、高可靠性、高擦写速度的优点,在存储级内存的应用中备受憧憬,但随着阵列规模扩大,漏电流和功耗同时也在提升,需要采用新型二端选通管与相变存储单元集成来抑制漏电流的大小。基于硫系化合物的奥式阈值开关（OTS）作为目前与PCM集成特性最优异的新型选通管,存在多种不同体系,性能各异的OTS选通管与PCM进行集成,会带来集成特性的多样性,同时也给操作方法的创新带来了无限可能。针对以上问题,本文设计并制备了OTS和PCM集成单元,建立OTS和PCM紧凑模型,提出了一种读操作方法和写操作方法并通过仿真和实验验证,主要工作如下:首先对制备工艺参数进行优化,分别制备了直接堆叠和底电极互联的集成单元,均能够实现读写擦操作,并设计制备了一种自对准柱状集成单元结构。其次建立了基于Hspice的OTS单元和PCM单元紧凑模型,进行了直流和脉冲特性的仿真验证,研究了参数匹配对集成特性的影响,发现阈值电压与操作窗口之间存在权衡关系,在特定的参数匹配条件下,随着电压增加,OTS开启后电压继续增加PCM才开启,能明显提高读操作窗口,通过实验验证读取窗口由0.22 V提高到0.48 V。最后设计了一种阶梯式写脉冲,两段阶梯分别实现开启过程和写操作过程,较低功率的晶化脉冲控制单元温度持续处于有效晶化温度内,避免传统写操作中的熔化后再晶化过程,能加快操作速度,降低功耗。在Hspice仿真中实现了至少56.5%的操作速度提高。进行实验验证时,针对OTS单元操作参数进行了优化,最终相较于传统梯形写脉冲,新型写脉冲的操作时间从430 ns降低到230 ns,速度提升了46.5%,大幅提升了操作速度。
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