相变存储器图片

⑴ 什么是相变存储器

相变存储器简称PCM，是基于奥弗辛斯基在20世纪60年代末提出的奥弗辛斯基电子效应的存储器。
奥弗辛斯基电子效应是指材料由非晶体状态变成晶体，再变回非晶体的过程中，其非晶体和晶体状态呈现不同的反光特性和电阻特性，因此可以利用非晶态和晶态分别代表“0”和“1”来存储数据。
相变存储器比起当今主流产品具有多种优势，有望同时替代公众熟知的两大类存储技术，如应用于U盘的可断电存储的闪存技术，又如应用于电脑内存的不断电存储的DRAM技术。
在存储密度方面，目前主流存储器在20多纳米的技术节点上出现极限，无法进一步紧凑集成；而相变存储器可达5纳米量级。在存储速度方面，相变存储器的存储单元比闪存快100倍，使用寿命也达百倍以上。

⑵ 相变存储OUM是什么

相变存储器(OUM)
奥弗辛斯基(Stanford
Ovshinsky)在1968年发表了第一篇关于非晶体相变的论文，创立了非晶体半导体学。一年以后，他首次描述了基于相变理论的存储器：材料由非晶体状态变成晶体，再变回非晶体的过程中，其非晶体和晶体状态呈现不同的反光特性和电阻特性，因此可以利用非晶态和晶态分别代表“0”和“1”来存储数据。后来，人们将这一学说称为奥弗辛斯基电子效应。相变存储器是基于奥弗辛斯基效应的元件，因此被命名为奥弗辛斯基电效应统一存储器(OUM)，如图2所示。从理论上来说，OUM的优点在于产品体积较小、成本低、可直接写入(即在写入资料时不需要将原有资料抹除)和制造简单，只需在现有的CMOS工艺上增加2~4次掩膜工序就能制造出来。

OUM是世界头号半导体芯片厂商Intel公司推崇的下一代非易失性、大容量存储技术。Intel和该项技术的发明厂商Ovonyx
公司一起，正在进行技术完善和可制造性方面的研发工作。Intel公司在2001年7月就发布了0.18mm工艺的4Mb
OUM测试芯片，该技术通过在一种硫化物上生成高低两种不同的阻抗来存储数据。2003年VLSI会议上，Samsung公司也报道研制成功以Ge2Sb2Te5(GST)为存储介质，采用0.25mm工艺制备的小容量OUM，工作电压在1.1V，进行了1.8x109
读写循环，在1.58x109循环后没有出现疲劳现象。
不过OUM的读写速度和次数不如FeRAM和MRAM，同时如何稳定维持其驱动温度也是一个技术难题。2003年7月，Intel负责非易失性存储器等技术开发的S.K.Lai还指出OUM的另一个问题：OUM的存储单元虽小，但需要的外围电路面积较大，因此芯片面积反而是OUM的一个头疼问题。同时从目前来看，OUM的生产成本比Intel预想的要高得多，也成为阻碍其发展的瓶颈之一。

⑶ 相变存储器相变存储器工作原理

相变存储器（PCM）是基于 GST（Gerstmann-Straussler-Scheinker）材料的存储技术。其工作原理基于 GST 材料的相变特性，即从非晶态到晶态的转变。在非晶态下，GST 具有较高的电阻率，通常在 RESET 操作后出现，这是由于温度上升至略高于熔点后快速冷却形成的非晶层。

而晶态下，GST 材料具有长距离的原子能级和较高的自由电子密度，导致较低的电阻率。这种状态在 SET 操作后出现，操作中材料温度升高至高于再结晶温度但低于熔点温度，随后缓慢冷却以形成完整晶粒层。晶态电阻范围通常在1千欧到10千欧之间，而非晶态电阻则可超过1兆欧。

图1展示了典型GST PCM 器件的结构。图中包括顶部电极、晶态 GST、α/晶态 GST[4]、热绝缘体、电阻（加热器）和底部电极。加热/熔化过程仅影响电阻顶端附近的小区域。在 RESET 操作中，通过施加高电阻（逻辑0）形成非晶层区域。与此相反，SET 脉冲用于设置逻辑1，即通过非晶层再结晶回至晶态。

相变存储器的独特之处在于其高密度、低功耗以及快速读写能力。通过精确控制加热和冷却过程，PCM 能够在非晶态与晶态之间进行快速转换，实现数据的存储与检索。

⑷ 相变存储器的介绍

相变存储器，简称PCM，相变存储器就是利用特殊材料在晶态和非晶态之间相互转化时所表现出来的导电性差异来存储数据的。相变存储器通常是利用硫族化合物在晶态和非晶态巨大的导电性差异来存储数据的一种信息存储装置。2015年，《自然·光子学》杂志公布了世界上第一个或可长期存储数据且完全基于光的相变存储器。