相变存储器的研究进展
相变存储器及其用于神经形态计算的研究综述
第49卷第12期人工晶体学报Vol.49No.12 2020年12月JOURNAL OF SYNTHETIC CRYSTALS December,2020相变存储器及其用于神经形态计算的研究综述杜玲玲，周细应，李晓(上海工程技术大学材料工程学院，上海201620)摘要：目前随着人工智能领域的兴起以及人们对数据存储和计算的强烈需求，迫切需要存储器的改进和类似于人脑的高效存储运算效率。
所以，相变存储器及其用于神经形态计算的研究是极具价值的。
相变存储材料(PCMs)受到激发时所产生的电阻值变化可以用来建立尖峰神经网络从而实现模拟神经形态计算系统。
本文介绍了相变存储器物理机制，其中包括相变材料的相变原理及主要性能特征，重点叙述了相变存储器在优化存储与计算方向的研究进展和应用,进而为该领域未来的发展方向提供参考。
关键词:相变存储器;相变材料;神经形态计算系统;相变突触/神经元中图分类号:TP333文献标识码:A文章编号：1000-985X(2020)12-239848Review of Phase Change Memory and Its Application inNeuromorphic ComputationDU Lingling,ZHOU Xiying,LI Xiao(School of Material Engineering,Shanghai University of Engineering Science,Shanghai201620,China)Abstract：With the rise of artificial intelligence and the explosive demand for data storage and computing,the improvement of memory and the efficient storage and computing efficiency similar to that of human brain are urgently needed.Therefore，it is necessary to study phase change memory and its application in neuromorphic computation.The change of resistance caused by the excitation of phase change materials( PCMs)can be used to build the spike neural network and realize the simulation of neural morphological computing system.This paper introduces the physical mechanism of phase change memory，including the phase change principle and main performance characteristics of phase change materials，and focuses on the research progress and application of phase change memory，so as to provide reference for the future development direction of this field.Key words:phase change memory；phase change material；neuromorphic computing system；phase change synapse/neuron0引言信息时代,人们对数据存储和计算的需求日益增长。
相变存储器及其应用研究进展
相变存储器及其应用研究进展一、引言随着信息技术的快速发展，存储器作为计算机硬件的重要组成部分之一，越来越受到人们的关注。
相变存储器由于其存储密度高和功耗低等优点，成为了摆脱传统存储技术瓶颈的解决方案之一。
本文将从相变存储器技术的特点、应用、发展状况等方面进行讨论。
二、相变存储器的特点与原理相变存储器（Phase-change Memory，PCM）属于非易失性存储器。
相变存储器是利用相变物质（如GeSbTe、GeSbSe等）的物理性质，通过在相变物质中引入热脉冲或电脉冲，使相变物质从一种状态转变为另一种状态来实现存储的过程。
相变存储器的主要特点如下：1. 存储密度高。
相变存储器是一种三维存储结构，可以将多个存储单元集成在一个芯片中，从而实现更高的存储密度。
2. 速度快。
相变存储器读写速度可以达到纳秒级别，比传统的闪存存储器快很多。
3. 功耗低。
相变存储器的读写操作不需要外部电源，只需要少量电能激活相变物质即可，因此功耗非常低。
4. 非易失性。
相变存储器存储的数据具有非易失性，可以长期保存且不需要外部电源维持。
相变存储器的原理是通过在相变物质中施加电流或热脉冲，让相变物质的结构发生相变。
相变物质的电阻率随着结构状态的变化而变化，从而记录了数据。
相变材料的相变状态包括两种，一种是无序状态，另一种是有序状态。
在有序状态下，电阻率低，储存为0；在无序状态下，电阻率高，代表储存为1。
不同相变物质的相变状态转换温度不同。
通过控制施加电流或热脉冲的时间和强度，就可以实现相变存储器的读写操作。
三、相变存储器的应用研究进展相变存储器技术的应用潜力非常大，在计算机硬件领域具有广泛的应用前景。
下面将从相变存储器在计算机存储、人工智能和物联网等方面的应用以及相关技术的发展状况进行讨论。
1. 计算机存储相变存储器的高速读写和高存储密度等特点使其成为新一代计算机存储器的重要组成部分。
相变存储器不但可以替代传统磁盘驱动器、闪存盘等存储设备，还能够贡献于新型高速计算机的处理速度。
相变存储器
2.c
读取速度 擦写次数 读取方法
相变存储器基本性能
与FLASH同等水平 与FeRAM一样10-12 与MRAM一样非破坏性，
与其他存储器相比具有的性能优势
元件尺寸
耗电方面
约为MRAM或FeRAM的1／3
可以在2．5 V下工作
制造简单
多级存储
在CMOS工艺上增加2-4次
其他存储器不能实现
2.b
相变存储器结构
无定形物质是一类没有表现出确定、有序的结晶结构的物质；
● 1968年，Ovshinsky发现某些玻璃在变相时存在可逆的电阻系数变化； ● 1969年，Ovshinsky又发现激光在光学存储介质中的反射率会发生响应的变 化； ● 1970年，Ovshinsky与他的妻子Dr. Iris Ovshinsky共同建立的能量转换装置
GST材料的特点
结晶速度快
优点 非晶态和晶态的光性能和电性
能差别大 最广泛的相变 存储器材料 需提高性能
晶态电阻率和结晶温度低
缺点
热稳定性差
改进GST性能手段—掺杂
不同的元素掺杂后形成不同的化学键性质及结 构形式，决定了掺杂GST的性能差异，也会导致热 传导机理的不同。其中非金属N掺杂由于倾向于与 Ge、Sb或Te形成共价键，能够提高GST的晶态电 抗性及热稳定性；而金属Sn掺杂由于取代了部分 Ge形成了SnTe-Sb2Te3结构，大大加快了再结晶 速度，都被认为是很有前途的掺杂元素。
1 0
2.a
高阻与低阻：
工作原理
对于固定结构的相变存储器，其存储单元晶态电阻 是一个相对稳定恒定的值，容易测量定标，定义其晶态 时的电阻值为低阻，非晶态电阻值在一定的范围内波动。 在表征存储信息时，通常是将存储单元晶态时的电 阻作为一个基值用于表征一种信息值，用大于此基值一 定倍数的非晶态电阻值来表征其它一个或多个信息值。 对于目前二值存储的器件定义存储单元处于非晶态时表 现出的大于晶态一定倍数的电阻值为高阻。
无机相变信息存储材料研究新进展
中国光学期刊网 ｗ ｗ ｗ ．ｏｐｔｉｃｓｊｏｕｒｎａｌ．ｎｅｔ １５
Ｌ激光与光电子学进展 ａｓｅｒ ＆ Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ
制 、光／电 存 储 性 能 的 改 进 以 及 新 应 用 等 方 面 的 最 新 研 究成果进行总结。
２ 存储机制： 外场作用下的结构－ 性质变化
ＲＥＶＩＥＷ 综合评述 ｜ 光存储
无机相变信息存储材料研究新进展
Ｎ ｅ ｗ Ｐ ｒ ｏ ｇ ｒ ｅ ｓ ｓ ｅ ｓ ｉｎ Ｉｎ ｏ ｒ ｇ ａ ｎ ｉｃ Ｐ ｈ ａ ｓ ｅ －Ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｅ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉａ ｌｓ ｆｏ ｒ Ｉｎ ｆｏ ｒｍ ａ ｔ ｉｏ ｎ Ｓ ｔ ｏ ｒａ ｇ ｅ
２００４ 年 Ａｌｅｘａｎｄｅｒ Ｖ．等［８］采用 Ｘ 射线吸收精细结构 （ＸＡＦＳ） 研究 Ｇｅ２Ｓｂ２Ｔｅ５ 相 变 薄 膜 的 结 构 并 推 测 局 部 结 构 如 图 ２， ３ 所 示 。１） ＧＳＴ 结 构 是 扭 曲 的 岩 盐 结 构 ， 原 子电荷的重新排布导致的结构扭曲变换如图 ２ （ａ）箭 头 所 示 。２） 在 非 晶 化 时 Ｇｅ —Ｔｅ 和 Ｓｂ —Ｔｅ 键 的 三 个 弱共价键（细线所示）断裂而三个强共价键（粗线所示） 变 短 变 强 ， 这 一 变 化 是 因 为 Ｇｅ 原 子 从 晶 态 的 八 面 体 对称位置变成了非晶态的四面体的对称位置， 如图 ３ 所 示 。３） Ｇｅ 原 子 局 部 的 伞 状 跳 动 结 构 变 化 是 信 息 记 录介质大的反射率对比度、快速响应和稳定的原因， 图 ３ 是 激 光 晶 化 的 结 构 转 变 示 意 图 。４） 粉 末 衍 射 和 同 步 加 速 辐 射 实 验 研 究 表 明 Ｇｅ 和 Ｓｂ 占 据 的 子 格 位 置 不 是 固 定 的 ， 而 是 位 置 被 Ｇｅ 和 Ｓｂ 随 机 占 据 ， Ｔｅ 原 子 占 据 的 位 置 具 有 面 心 立 方 岩 盐 结 构 的 子 格 ， Ｇｅ 和 Ｓｂ 形 成 别 的 面 心 立 方 子 格 ， 其 余 是 ２０％的 空 位 。 Ｓ． Ｓｈａｍｏｔｏ 等［９］采 用 中 子 散 射 实 验 进 一 步 证 实 Ｇｅ 原 子 在非晶化过程中有大的位移。
新型相变型存储器研究进展
新型相变型存储器研究进展李娟1，王嘉赋1, 21武汉理工大学理学院物理科学与技术系，湖北武汉 (430070)2 材料复合新技术国家重点实验室，湖北武汉 (430070)E-mail：wuhan0602@摘要：文章系统地介绍了新型相变存储器的原理及特点、相变材料、写电流、器件稳定性和读取速度等关键性能因素以及器件结构设计和热场分布等。
CRAM的发展空间十分广阔，十分有希望成为最具有市场竞争力的新型存储器之一。
关键词：相变材料；写电流；稳定性；结构设计；热场分布1. 引言相变型半导体存储器指硫系化合物随机存储器(Chalcogenide Random Access Memory)，简称CRAM，又被称作奥弗辛斯基电效应统一存储器，是基于Ovshinsky在20世纪60年代末提出的奥弗辛斯基电效应的存储器。
CRAM所采用的存储技术是一种新型的非易失性半导体存储技术，即利用相变层发生相变前后阻值的差异来对数据进行存储[1]。
它利用具有可逆结构的硫族化合物作为相变物质，利用热能所激发的相变物质所发生的快速可逆相变来存储数据[2]。
通入写电流后，由于电阻加热器的加热作用，相变层的温度迅速升高，当达到相变薄膜的熔点时，部分材料熔化，失去了晶体状态，这时快速冷却，从而将其锁定在非晶态，非晶态在接近室温时非常稳定，但是当接近融化温度时，它的晶核形成和微晶生长的速度成指数增长。
为了在冷却的时候，不使材料重新结晶，冷却的速度要比晶核形成和生长的速度更快。
为了使存储元件重新回到可导状态，材料要被加热到结晶温度和熔化温度之间，使晶核和微晶生长在几个纳秒内快速发生[3]，从而使材料转变为晶态。
相变前后材料的阻值差可达到4-6个量级。
与目前已有的多种半导体存储技术相比，它具有循环寿命长、元件尺寸小、功耗低、可多级存储，制作工艺简单等优点[4-10]。
此外它的最大优势在于：该存储技术与材料带电粒子的状态无关，从而具有很强的抗空间辐射能力，能满足国防和航天需求，是目前国内外重点研制的新型存储器。
电子级单晶硅片的相变存储器研究与实现
电子级单晶硅片的相变存储器研究与实现近年来，随着存储器技术的不断发展，相变存储器作为一种新型的非易失性存储器，受到了广泛的关注和研究。
相变存储器具备高密度、高速度、低功耗和长寿命等特点，因此在智能手机、计算机等电子产品中有着广泛的应用前景。
而电子级单晶硅片作为相变存储器的芯片载体，对于相变存储器的研究和实现起着至关重要的作用。
本文将深入研究电子级单晶硅片的相变存储器，并探讨其研究与实现的方法与技术。
首先，我们需要了解相变存储器的基本原理。
相变存储器是利用了各向同性相变材料的特性，通过在电流的作用下使相变材料发生相变的属性，来实现存储信息的目的。
而电子级单晶硅片作为相变存储器的基底材料，其优良的热稳定性和电性能使之成为相变存储器的理想载体。
在研究与实现电子级单晶硅片的相变存储器时，首先需要选择合适的相变材料，并制备出单晶硅片。
常用的相变材料有锗锑碲（GST）和锗碲锡（GTS），其热稳定性高、相变速度快的特点使其成为相变存储器的首选。
其次，我们需要对电子级单晶硅片进行制备和加工。
电子级单晶硅片具有较高的纯度和均匀性，可以提供一个良好的基底环境，确保相变存储器的性能和稳定性。
制备电子级单晶硅片的基本工艺包括单晶硅的种植和拉晶、单晶硅片的切割、晶圆的抛光和清洗等步骤。
当制备好电子级单晶硅片后，可以使用光刻技术在单晶硅片表面形成电极和电路结构，为相变存储器的实现奠定基础。
然后，我们需要进行相变存储器的设计和优化。
相变存储器的设计需要考虑到存储容量、数据保持时间、读写速度和功耗等多个方面的要求。
通过优化电极和相变材料的结构，可以提高相变存储器的读写速度和存储容量。
同时，优化电流脉冲的形状和功耗控制策略，可以降低功耗并提高数据保持时间。
此外，还可以通过多层次和交叉叠层的结构设计，提高存储密度和可靠性。
最后，我们需要对电子级单晶硅片的相变存储器进行实现和测试。
实现相变存储器的关键技术之一是相变材料的热控制和相变状态的检测。
用于通用存储和神经形态计算的相变存储器的研究进展
用于通用存储和神经形态计算的相变存储器的研究进展
连晓娟;李甫;付金科;高志瑄;王磊
【期刊名称】《半导体技术》
【年(卷),期】2024(49)1
【摘要】存算一体技术目前被认为是一种可以消除冯·诺依曼计算架构瓶颈的可行性技术。
在众多的存算一体器件中,相变存储器(PCM)因其具有非易失性、可微缩性、高开关速度、低操作电压、循环寿命长以及与现有半导体工艺相兼容等优点,被认为是未来通用存储和神经形态计算器件中最具竞争力的候选者之一。
首先介绍了PCM的工作原理和器件材料结构,并详细讨论了PCM在通用存储和神经形态计算领域的应用。
PCM具有高集成度和低功耗的共性需求,但这两个应用领域对材料性能有不同的侧重点。
详细分析了PCM目前存在的优缺点,如高编程电流导致的功耗问题,以及商业化应用面临的主要挑战。
最后,针对PCM的研究现状提出了一系列改进措施,包括材料选择、器件结构设计、预操作、热损耗降低、3D架构,以及解决阻态漂移等问题,以推动其进一步发展和应用。
【总页数】29页(P1-29)
【作者】连晓娟;李甫;付金科;高志瑄;王磊
【作者单位】南京邮电大学集成电路科学与工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP333;O792
【相关文献】
1.基于相变存储器的相变存储材料的研究进展
2.一种适用于相变存储器锁相环时钟的新型电荷泵
3.用于计算机系统的铁电随机存储器的研究进展
4.Cu对用于高速相变存储器的Sb2Te薄膜的结构及相变的影响研究∗
5.相变存储器及其用于神经形态计算的研究综述
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相变存储技术的现状和未来发展趋势
相变存储技术的现状和未来发展趋势近年来，数据量不断增长，如何高效、可靠地存储和处理数据成为了重要的问题。
传统的存储介质如硬盘和固态硬盘（SSD）虽然有很好的容量和读写速度，但是其功耗和响应速度还有提升空间。
而相变存储作为一种新型存储技术，具有广阔的发展前景。
相变存储作为一种新兴的非易失性存储器，其工作原理基于相变材料在受到加热或者小电流刺激时发生相变，从而改变其电阻值的特性。
相比于传统的存储器，相变存储器具有快速响应、低功耗、高容量等优势。
在现有的存储技术中，相变存储器不仅仅具有理论上的优势，实际应用也取得了不错的成果。
目前，Intel、IBM、联想等多家公司都开始向相变存储器技术转型。
比如，Intel的Optane储存器采用了3D XPoint技术，可以实现高速读写和超大容量。
未来，相变存储技术还有着广阔的发展前景。
首先是进一步提升可靠性，减少写入次数的限制，以及提高数据安全性。
其次是提高存储密度和容量，进一步降低成本。
最终，相变存储技术将会与计算机视觉、人工智能等技术结合，为人工智能的快速发展提供更加高效的存储手段。
当然，相变存储技术发展也面临着诸多的挑战。
首先，相变材料的稳定性是一个关键因素，需要解决相变材料在长时间存储、极端环境和大量循环读写等情况下的性能问题。
其次，相变存储器的制造成本和生产工艺也需要不断的优化和提升。
总的来说，相变存储技术是一种具有极大潜力的新型存储技术，其快速响应、低功耗、高容量等特点将会为未来的数据存储和处理提供更加高效的解决方案。
同时，相变存储技术也需要不断的进行研究和发展，以满足不断增长的数据需求。
相变存储材料的研究现状及未来发展趋势
相变存储材料的研究现状及未来发展趋势研究现状相变存储材料是一种将信息存储在物质的相变状态中的新型存储器。
不同于传统的存储器，相变存储器能够读写速度快、数据保存稳定，同时存储器的制造成本也较低。
当前相变存储器已经广泛应用于固态硬盘和存储阵列等领域，并在AI和云计算等行业得到了广泛的应用。
其中，三元锑硒系相变存储材料作为研究的重点之一，其阅读时间和写入时间均十分快速、存储稳定，是非常有前途的相变存储材料。
其中，3D XPoint技术（Intel Optane硬盘）是当前市场上先进的一种基于相变材料的存储技术。
3D XPoint硬盘的读取速度是传统的闪存硬盘的10倍以上，且还具有可重写和容量大的优势。
但是，相变存储器的发展也存在一些问题和限制，如性能和可靠性问题等。
因此，未来相变存储材料的研究重点将有所变化，下文将分析未来发展趋势。
未来发展趋势•突破性的材料革命：未来相变存储材料的突破将会取决于材料基础研究。
研究人员将把研究重点放在提高材料的性能和可信度上，以实现更快、更大容量的数据存储。
•新型结构的相变存储器：未来相变存储器将采用更多新型的结构和技术，如基于非易失性存储器的混合存储器和基于单一材料的存储器等，这些新型的结构和技术将有助于提高存储器的性能和可靠性。
•集成器件和系统化：未来的相变存储器将会越来越趋向于“开箱即用”，用户可以使用更为便捷和稳定的产品。
相变存储器组件的系统化和集成器件的完善将使其更加适合不同类型的应用。
总结相变存储材料是当前最为先进的一种存储材料，其广泛应用于各个领域，尤其在AI、和云计算领域的可持续性和稳定性仍是未来研究的重点。
未来相变材料的研究将会更加系统化和集成化，以使其更加适合不同类型的应用，有着广阔的发展前景。
相变存储器的研究及其应用前景
相变存储器的研究及其应用前景近年来，随着信息技术的不断发展，人们对存储器的需求也越来越高。
在传统存储器中，闪存的使用从逐步普及到广泛应用，成为最主要的非挥发性存储器。
但是，随着技术的进步，存储器的需求越来越高，业界出现了一种新型存储器——相变存储器。
相变存储器（PCM）是一种新型的非挥发性存储器，由Chikoos等人于2003年发明并推广。
它利用物质的相变和热电源作用实现信息的存储和逻辑运算，具有存储密度高、读写速度快、功耗小等特点，被认为是未来存储领域的一项重要技术。
相变存储器的研究和发展起步较早，但由于技术较为复杂，以及市场需求未成反响，一直处于较为低迷的状态。
直到近年来，随着数据量的急剧增长，相变存储器逐渐走向了大众视野。
PCM已经成为存储器领域一个热门领域，许多企业和研究机构加大了对这一领域的研究力度。
相变存储器的优点主要在于存储密度、读写速度和功耗等方面。
相比于传统的存储器，相变存储器的存储密度更高，可以实现 Tb/平方厘米级别的存储容量，远高于当前主流的NAND和DRAM存储器。
同时，它也可以实现十分快速的读写速度，相当于随机存储器速度，达到CD-DRIVE的传输速率。
此外，相变存储器使用的功耗也比传统存储器低得多，可以在不需要电源的情况下进行数据存储，因此具有较长的使用寿命。
除了以上的优点，相变存储器还有许多其他优势。
例如，相比于闪存，相变存储器的写入和擦除速度非常快，可以在数纳秒内完成。
它还继承了闪存的持久性、低功耗、结构简单、制作工艺成熟的特点，同时又没有闪存的局限性。
相变存储器的写入电量比闪存小多了，有望取代闪存成为移动设备的主要存储器。
在应用方面，相变存储器的前景十分广泛。
学者已经预测过，相变存储器未来的应用潜力是非常高的，尤其在高性能计算和数据中心等领域将会得到广泛的应用。
此外，相变存储器还具有很好的自适应特性，在机器学习、人工智能等领域也具有很大的应用前景。
相变存储器的出现将大大改变传统存储器的面貌，为存储器领域的发展带来了新希望。
2024年相变存储器市场发展现状
2024年相变存储器市场发展现状摘要相变存储器是一种新型的非易失性存储器，以其高速、高密度和低功耗的特点被广泛关注。
本文将重点讨论相变存储器市场的发展现状，包括市场规模、主要厂商和应用领域等方面。
引言相变存储器作为新兴存储技术，具有很大的发展潜力。
随着数字化时代的到来，人们对存储器的需求越来越高。
相较于传统的闪存和DRAM存储器，相变存储器具有更高的读/写速度、更大的存储密度以及更低的功耗，因此备受瞩目。
本文将深入分析相变存储器市场的现状并展望其未来发展。
相变存储器市场规模相变存储器市场在过去几年持续增长。
根据市场研究公司的数据，2019年相变存储器市场规模达到xx亿美元，预计到2025年将突破xx亿美元。
市场规模的扩大得益于相变存储器在各个领域的广泛应用以及不断降低的价格。
主要厂商目前，相变存储器市场的主要厂商包括英特尔、三星、IBM、Micron和SK Hynix 等。
这些公司在相变存储器的研发和生产方面投入了大量资源，并取得了一定的成果。
其中，英特尔和三星是相变存储器市场的领头羊，其技术和产品在市场上具有较高的竞争力。
相变存储器的应用领域相变存储器的应用领域非常广泛。
首先，相变存储器可以用于个人电子产品，如智能手机和平板电脑，以提供更快速的数据存储和读取能力。
其次，相变存储器还可以应用于数据中心和云计算领域，以满足大规模数据处理和存储的需求。
此外，相变存储器还可以用于人工智能和边缘计算等领域，以加速算法执行和提高系统性能。
挑战与机遇尽管相变存储器市场前景广阔，但也面临一些挑战。
首先，相变存储器的成本相对较高，这限制了其在大规模应用中的普及。
其次，相变存储器的可靠性和寿命问题仍然需要解决。
此外，相变存储器与传统存储器的兼容性也是一个挑战。
但是，相变存储器市场仍然有很大的机遇。
随着技术的进步和成本的降低，相变存储器有望在更多应用领域取得突破。
此外，相变存储器还具备与其他新兴技术集成的潜力，可以进一步提高系统性能。
相变存储器材料的研究进展和应用前景
相变存储器材料的研究进展和应用前景作者：尹琦璕，陈冷来源：《新材料产业》 2016年第7期文/ 尹琦璕陈冷北京科技大学材料科学与工程学院随着社会发展和科技进步，计算机在日常的工作和生活中起到至关重要的作用。
进入信息时代，计算机要储存和处理的信息量越来越大，传统的储存器已经不能满足人们日益增长的需求。
因此，研究和开发高速度和大容量存储器具有重要的意义。
目前，主流的存储器有以随机存储器（RAM，Random Access Memory）为代表的易失性（v o l a t i l e）存储器和以闪存（F l a s h）为代表的非易失性（nonvolatile）存储器。
随机存储器存取速度快但有易失性，闪存有非易失性但存取速度稍慢。
理想的存储器应当具备非易失性和类似随机存储器的存取速度，同时功耗低、可靠性高。
这正是推动新一代非易失性存储器快速发展的因素[1,2]。
一些新型存储器如铁电存储器（F e R A M）、磁存储器（MRAM，Magnetic RAM）和相变存储器（PCRAM，Phase ChangeR A M）等各具特点，其中以相变存储器被认为最有可能取代当今主流存储器而成为未来存储器的主流产品。
近年来，英特尔（I n t e l）、三星（Samsung）、国际商业机器（IBM）、飞利浦（P hi l i p s）和意法半导体（STMicroelectronics）等公司以及很多大学和研究所都在这一领域开始进行研究，在基础研究和应用研究领域取得了较大的进展，极大地促进了相变存储器的发展。
相变存储器的核心是以硫系化合物为基础的相变材料，这种相变材料中一般存在非晶态相和晶态相，这2种状态的结构差异导致相变材料的电学性能和光学性能明显不同。
因此，研究相变材料的结构和性能对于相变存储器极为重要，本文主要综述近年来相变存储器材料在微观结构和性能、相变机理和应用等方面的研究进展。
一、相变存储器的原理相变存储器是通过物质相变来实现信息存储的一种存储器，1968年，O v s h i n s k y [3]首次描述了基于相变理论的存储器，材料在非晶态—晶态—非晶态相变过程中，其非晶态和晶态呈现不同的光学和电学特性，因此可以用非晶态代表“0”，晶态代表“1”实现信息存储，这被称为O v s h i n s k y电子效应。
2024年相变存储器市场分析现状
2024年相变存储器市场分析现状引言相变存储器是一种新兴的非挥发性存储器技术，它具有存储容量大、功耗低、速度快等优点。
随着物联网、人工智能等技术的迅猛发展，相变存储器市场呈现出增长迅猛的趋势。
本文将对相变存储器市场的现状进行分析。
相变存储器的基本原理相变存储器是利用物质的相变特性来存储和读取数据的一种存储器技术。
它是通过利用材料的相变过程中产生的电阻变化来实现数据的存储和读取的。
相变存储器市场的主要驱动因素1. 存储需求的增加随着云计算、大数据分析等技术的兴起，对存储容量的需求越来越大。
相变存储器具有高密度、大容量的优势，可以满足这一需求。
2. 芯片技术的进步随着芯片制造技术的不断进步，相变存储器的制造成本逐渐下降，性能逐渐提高，使其在市场上更具竞争力。
3. 物联网和人工智能的发展物联网和人工智能的发展对存储器的需求呈现出爆发式增长。
相变存储器具有低功耗、高速度的特点，能够满足这一需求。
相变存储器市场的现状1. 市场规模目前，相变存储器市场规模正在逐渐扩大。
根据市场研究报告，相变存储器市场的年复合增长率达到10%以上。
2. 市场竞争格局目前，相变存储器市场上的主要厂商包括英特尔、三星、IBM等。
这些厂商在技术研发、产品生产等方面具有竞争优势。
3. 应用领域相变存储器广泛应用于计算机、通信设备、汽车电子等领域。
随着物联网、人工智能等技术的发展，相变存储器的应用领域将进一步扩大。
相变存储器市场风险和挑战1. 技术挑战相变存储器技术还存在一些问题，例如存储稳定性、写入速度等方面的挑战。
解决这些技术挑战是市场发展的关键。
2. 市场竞争相变存储器市场竞争激烈，厂商需要在技术、价格等方面做出差异化，才能获得市场份额。
3. 法律和政策风险相变存储器市场面临着法律和政策方面的风险，例如知识产权保护、国际贸易政策等问题。
相变存储器市场的未来发展趋势1. 技术进步随着科学技术的不断进步，相变存储器技术将更加成熟，性能将会得到进一步提升。
相变随机存储器材料与结构设计最新进展
基金项目:国家重点基础研究发展计划(2007CB 935400,2006CB 302700);国家863计划资助项目(2006AA03Z360,2008AA031402);国家自然科学基金资助项目(60706024);上海市科委资助项目(06QA14060,06XD14025,0652n m003,06D Z22017,0752nm013,07QA14065)相变随机存储器材料与结构设计最新进展刘波,宋志棠,封松林(中国科学院上海微系统与信息技术研究所纳米技术研究室,上海200050)摘要:介绍了相变随机存储器(PCR AM )的研究现状,包括新型相变材料、热阻层材料和器件结构等。
分析了GeSb 和SiSb 等相变材料具有组分简单、数据保持力好、优良的存储性能等特点,介绍了PCRAM 这一新型半导体存储器的基本原理、特点以及国内外有关相变材料、过渡层材料和器件结构设计等方面的研究进展,最后提出了我国发展PCRAM 的几点思考。
关键词:相变随机存储器;相变材料;热阻层材料中图分类号:TN333.8 文献标识码:A 文章编号:1003-353X (2008)09-0737-06Recent Progress on the Materials and Structures for Phase -ChangeRandom Access MemoryLiu Bo ,Song Zhitang ,Feng Songlin(Labo ratory o f Nanotechnolo gy ,Shanghai Ins titute o f M icros ystem and Info rmatio n Technology ,Chinese Academy of Sciences ,Shanghai ,200050)A bstract :The current situation of phase -change random access memory (PCRAM )is r evie wed ,including new phase change materials ,buffer la yer materials ,and cell structures .With the advantages of simple composition ,good data retention ,and excellent memory per for mance ,GeSb and SiSb are both newphase -change materials with good application potential in PCR AM chips .The developing strategy and destination of PCRAM in China and abroad are proposed on ne w materials and device structures .And some considerations on the development of PCR AM in China are proposed .Key words :phase change random access memor y ;phase change material ;ther mal insulator layer materialEEAC C :1265D0 引言相变随机存储器(PCRAM )是基于Ovshinsky 在20世纪60年代末提出的奥弗辛斯基电子效应的存储器[1-2]。
相变存储技术的研究进展
相变存储技术的研究进展近年来，随着信息技术的快速发展和智能化应用的广泛普及，数据的存储和管理成为各领域发展的关键之一。
和传统的存储技术相比，基于相变材料的存储技术因其高速、低功耗、大容量、高可靠性等优点日益受到业界和学术界的关注和研究。
相变存储技术是一种利用相变材料的物理性质进行存储的技术。
相变材料是指某些材料在温度、电场、光照等外界条件下发生相变，即由无序的非晶态变成有序的晶态，或由晶态变成非晶态。
其存储过程是利用相变材料在这两个状态之间的相变加以区分和存储信息。
相变存储技术有许多独特的优点。
一方面，它的响应速度非常快，可以达到纳秒级别。
这是由于相变材料在相变时瞬间完成信息的读写，并且信息的修改和擦除也非常迅速。
另一方面，相变存储具有非常低的功耗。
相比于传统存储技术的DRAM和NAND Flash，在相变存储的读写过程中，只需要非常小的电压和电流即可，因此具有很低的功率消耗。
此外，相变存储技术还拥有着较高的可靠性和大容量的存储空间，对未来智能化应用制造行业等方面具有重要的应用前景。
目前，相变存储技术已经在学术界和业界得到了广泛的应用和研究。
从材料角度来看，研究人员对相变材料的物理性质和结构特征进行深入研究，并尝试寻找能够实现更高可靠性、更快速的相变材料。
同时，科技企业也加快了对相变存储技术的商业化推广，并将其应用在了物联网、智能家居、无人机等领域。
在相变存储技术的研究方面，近年来主要探索了以下几个方向。
首先，研究人员致力于提高相变存储的可靠性和稳定性。
由于相变存储技术中所采用的相变材料是一类易变化的材料，在使用过程中会受到多种因素的干扰，包括外界噪声、热、电子束等因素。
因此，如何减少这种外界干扰，保持相变存储的稳定性，是当前研究的重点。
研究人员通过对存储单元内的电场、温度、电流等参数进行优化设计，进一步提高存储的可靠性和稳定性。
其次，研究人员努力探索相变材料的物理机制和结构特性。
相变存储最核心的部分就是相变材料，研究人员通过对不同材料的物理特性进行研究，可以更好地理解相变存储技术的工作原理，进而解决存储器中的热效应、相变过程中材料迁移等问题，优化存储器性能。
相变存储材料的研究现状及未来发展趋势
相变存储材料的研究现状及未来发展趋势前言随着电子产品的不断发展，人们对于存储器的容量和速度要求越来越高，因此相变存储材料作为一种新型的存储器材料得到了广泛的关注和研究。
本文就从材料基础、研究现状和未来发展趋势对相变存储材料进行了探讨。
材料基础相变存储材料是指在电场、温度等外部刺激下，从一种物态（如晶体态）转变为另一种物态（如非晶态）的材料。
相变材料的特性是能够在非常短的时间内（数纳秒至数十纳秒）实现存储单元的高速写入和擦除。
相变存储器的基本工作原理是利用相变材料在晶态和非晶态之间的相变特性，实现存储状态的切换。
相比于传统的闪存和DRAM存储技术，相变存储器具有写入速度快、耗电小、体积小等优点。
研究现状相变存储技术的研究自20世纪60年代以来一直在进行，目前在材料的优化、结构设计和器件制备等方面已有较大的突破。
这三个方面都是互相关联的，其中最关键的是获得高质量的相变材料和合适的结构设计。
材料的优化相变材料的特性决定了其复杂的材料结构。
近年来，研究人员主要从两个方面来优化相变材料性能。
•首先是寻找新的相变材料，例如锗锑碲（Ge-Sb-Te）、银锑（Ag-Sb）等，以满足更高密度、更高稳定性和更少功耗等方面的需求。
•其次是改变相变材料的组成、结构和特性，以提高其电氧化途径和热稳定性等方面的性能。
结构设计在器件制造方面，结构设计是至关重要的。
针对相变存储器的器件结构设计，现在主要的设计方案有两种：晶体管/电阻器型和交叉结构型。
•晶体管/电阻器型结构简单，但是寄存器带宽有限，适用于小型存储器；•交叉结构型具有更高的寄存器带宽，适用于大型存储器。
器件制备器件制备是实现相变存储器的重要环节，在器件制备方面目前主要有两个方法：•建立材料与器件之间的结构桥梁；•以一定的形式进行其他环境的控制。
这两种方法的优点是工艺简单，易于扩展生产，但其缺点在于其制备过程难以掌握和规律多变。
未来发展趋势相变存储技术具有很大的潜力，可以与存储器的其他技术相结合，为未来存储器的发展提供不少可能。
相变存储器及其发展
将 硫 系 化 合 物 (如 Ge 2 Sb 2 Te 5 )应 用 于 PCRAM时 ， 主 要 使 用 它 在 无 序 与 有 序 两 态 时差距明显的电阻值来作为数据存储的两 态，在非晶态时材料表现为半导体特性， 其电阻值高，在晶态时材料表现为半金属 特 性 ， 其 电 阻 值 低 。 不 同 于 DVD中 使 用 激 光脉冲来转变材料的微观结构，驱动 PCRAM的 是 电 脉 冲 。 通 过 施 加 一 个 较 长 时 间、强度中等的电脉冲于非晶态硫系化合 物材料上，可在脉冲作用区域实现对非晶 态 材 料 的 加 热 (电 能 转 化 成 的 焦 耳 热 )， 使 其 温度升高到结晶温度以上、熔化温度以下 从 而 结 晶 ， 此 过 程 通 常 被 称 为 设 置 (SET)过 程；如使用一个强度更高但作用时间短促 的电脉冲于晶态硫系化合物材料上，在焦 耳热的作用下，当温度升高到材料熔点之 上 后 ， 经 过 一 个 快 速 的 热 量 释 放 过 程 (淬 火 ， 降 温 速 率 超 过 10 9 K/s)， 材 料 由 熔 融 态 直接进入非晶态，此过程则被定义为重置 (RESET)过 程 ； 数 据 的 读 取(READ)则 是 通 过 测 量 硫系化合物材料的电阻值来实现的，此 时所加电脉冲的强度很弱，控制硫系化合物 温度升高到结晶温度以下，避免激发不必要 的材料相变，确保读出已存储的信息。 2 相 变存 储 器研 究 现状 进 入 21世 纪 以 后 ， 伴 随 着 集 成 电 路 特 征 尺 寸 缩 小 至180nm，PCRAM在 被 发 明 几 十 年后终于迎来了真正的发展契机。同时， 得益于早期在光存储领域积累了大量材料 研发的基础以及科研工作者对相变机理更
然而硫系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都归因于微电子行业这些年的发展为电学存储器件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系化合物材料相变所需要的功耗才能大大降低业化存储芯片才被提上日程
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相变存储器的研究进展
随着科技的不断进步和人类对于信息存储的需求不断增加，电子存储器也在不断地进行升级。
其中，相变存储器是一个备受关注的领域，它具有着存储密度高、速度快、可擦写等优点，有望成为未来存储技术发展的重要方向。
本文将对相变存储器的研究进展进行探讨。
相变存储器的工作原理
相变存储器利用了物理上的相变过程，实现对信息的存储。
相变存储器中的存储单元由一定数量的材料组成，这些材料能够在经过电场或者光照的作用下，进行相变。
相变过程中，材料的特性会发生较大的变化，并且相变过程具有较高的可逆性。
因此，在相变存储器中，不同相态的状态可以被用作信息的存储。
具体来说，相变存储器中的存储单元可以缩小到10纳米级别，这意味着它可以在物理尺寸和存储密度之间取得相对的平衡。
相变存储器中的存储单元具有较快的读写速度，一般在纳秒级别，因此相比于传统的存储器，相变存储器更适合于高速读写任务。
同时，相变存储器的寿命较长，其存储信息的可靠性也较高。
研究进展和挑战
随着相变存储器的研究深入，相关的研究成果也层出不穷。
在新材料的发掘方面，研究人员不断地寻找新的相变材料和更好的电子材料，以提高相变存储器的性能。
同时，在相变存储器的制造和优化方面，也有很多新的进展。
例如，近年来在相变存储器中引入其他功能元素，如变压器和电容器等，可以更好的实现其具有的存储、计算与通讯等多种功能。
同时，研究人员也在探讨如何通过控制相变体系和局部结构调控材料特性，从而达到更好的导电性和抗微观缺陷的性能。
但是，相变存储器的发展仍存在一些挑战。
其中最主要的问题是其可靠性和功耗问题。
由于相变材料内部的结构会随着电流密度的提高而受到破坏，所以相变存储器的可靠性一直是一个重要的问题。
同时，相变存储器的功耗问题也不容忽视。
这主要是因为相变存储器需要较高的电流密度来实现相变，因此其功耗较高。
未来展望与结论
相比于传统存储器，相变存储器具有更高的存储密度、更快的读写速度和更好的可擦写性，而这些也正是当前高密度信息存储所需的。
因此，相变存储器有望在短时间内成为存储技术的重要发展方向。
但是，相变存储器仍面临着可靠性和功耗等问题，这些问题需要充分重视。
总的来说，相变存储器的未来发展前景非常广阔，其研究与应用也将成为大家继续追求的领域。