一种三维相变存储器的OTS+PCM单元模拟系统技术方案

本发明专利技术公开了一种三维相变存储器的OTS+PCM单元模拟系统，其中，PCM单元I

【技术实现步骤摘要】
一种三维相变存储器的OTS+PCM单元模拟系统


[0001]本专利技术属于微电子学
，更具体地，涉及一种三维相变存储器的OTS+PCM单元模拟系统。

技术介绍

[0002]相变存储器是利用相变材料在晶态和非晶态之间可以快速重复转换且不同态具有巨大性质差异的特性而研究出的一种非易失性存储器，三维相变存储器具有可与CMOS工艺集成、高密度、低成本与非易失等优势，被认为是最有希望成为下一代非挥发性存储器的器件。但是为了解决相变存储器做成crossbar结构存储阵列所具有漏电流的问题，研究者们利用具有与相变存储器相似工艺的OTS选通管配置成1S1R结构的器件，相比于其它选通器件，它具有结构简单、3维可堆叠性、快速的开/关时间和高的耐用性等优点。对于三维相变存储器成功商业化应用而言，良好的芯片电路设计十分重要。电路仿真软件的输入文件一般包括电路结构描述文件和元件模型文件，这两者构成整体电路模型系统。因此，能准确构建电学特性的三维相变存储器的OTS+PCM单元模拟系统对于相变存储器芯片电路设计至关重要。
[0003]现有的对于三维相变存储器OTS+PCM单元的SPICE模拟系统，单独的OTS单元或者PCM单元的SPICE模型系统的研究有很多，但对于将OTS+PCM单元集成起来的模型系统很少，现有的PCM单元的SPICE模型系统通常以由电学模块、温度模块和晶化模块三大部分构成，而OTS+PCM单元的模型系统中OTS通常采用与PCM单元模型系统中的电学模块一致的模型，由于OTS单元与PCM单元在电流激励下均呈现S型曲线，现有的模型无法在保证精确度的情况下直接同时使用电流和电压激励，而实际的OTS+PCM单元的操作通常采用电流激励进行擦写，电压激励进行读取。因此无法应用于实际的芯片设计。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种三维相变存储器的OTS+PCM单元模拟系统，其目的在于解决现有技术无法准确模拟OTS+PCM单元的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种三维相变存储器的OTS+PCM单元模拟系统，包括：OTS单元I
‑
V模块、PCM单元I
‑
V模块、PCM温度模块和PCM相变模块；其中，OTS单元I
‑
V模块和PCM单元I
‑
V模块串联构成OTS+PCM单元I
‑
V模块；OTS+PCM单元包括串联的OTS单元和PCM单元；
[0006]PCM单元I
‑
V模块用于基于P
‑
F模型和欧姆定律构建OTS+PCM单元I
‑
V特性模型，当OTS+PCM单元I
‑
V模块接收到外界施加的激励后，将外界施加的激励和PCM单元的非晶化率带入OTS+PCM单元I
‑
V特性模型中，计算得到PCM单元上的电流和电压，并输出到PCM温度模块中；其中，外界施加的激励为电流或电压；当外界施加的激励为电压时，OTS单元I
‑
V模块用于对PCM单元I
‑
V模块进行限流；
[0007]PCM温度模块用于根据PCM单元上的电流和电压，采用热阻热容RC网络实时计算
PCM单元的温度，并输出到PCM相变模块中；
[0008]PCM相变模块用于根据PCM单元的温度判断PCM单元处于晶化状态还是非晶化状态，计算PCM单元的晶化速率和非晶化速率，将二者之和作为实时相变速率，并根据所得实时相变速率计算PCM单元的非晶化率，并输出到PCM单元I
‑
V模块中。
[0009]进一步优选地，上述OTS+PCM单元I
‑
V特性模型为：
[0010]I
OTS
＝I1+(
‑
I1+I
on1
F
th
)F
h
[0011]I1＝2qA(dz/t0)N
t exp(
‑
E
t
/kT0)sinh(V
OTS
dz/(2kT0u
a
))
[0012]I
on1
＝(V
OTS
‑
V
h1
)/R
on1
[0013]I
PCM
＝I2+(
‑
I2+I
on2
)F
th
[0014]I2＝(exp(K(C
a
)V
PCM
)
‑
1)/(K(C
a
)R(C
a
))
[0015]I
on2
＝(V
PCM
‑
V
h2
)/R
on2
[0016]R(C
a
)＝R
a
C
a
+R
on2
(1
‑
C
a
)
[0017][0018][0019]其中，I
OTS
为OTS单元上的电流，I1为OTS单元的高阻态电流，I
on1
为OTS单元的低阻态电流，q为电荷量，A为OTS单元的横截面面积，dz为陷阱间的平均距离，t0是束缚电子的特征逃逸时间，N
t
为总陷阱电子浓度，E
t
为深陷阱与浅陷阱间的距离，k为玻尔兹曼常数，T0为环境温度，u
a
为OTS单元的厚度，V
OTS
为OTS单元上的电压，V
h1
为OTS单元的保持电压，R
on1
为OTS单元的开态电阻，I
PCM
为PCM单元上的电流，I2为PCM单元的高阻态电流，I
on2
为PCM单元的低阻态电流，K(C
a
)为当PCM单元的非晶化率为C
a
时所对应的拟合系数，C
a
为非晶化率，V
PCM
为PCM单元上的电压，R(C
a
)为当PCM单元的非晶化率为C
a
时PCM单元的电阻值，V
h2
为PCM单元的保持电压，R
on2
为PCM单元的开态电阻，I为OTS+PCM单元I
‑
V模块接收到的外界施加的电流，V为OTS+PCM单元I
‑
V模块接收到的外界施加的电压；I
th
为预设电流阈值，V
th
为预设电压阈值，α为比例系数；
[0020]若外界施加的激励为电压V时，V＝V
OTS
+V
PCM
；
[0021]若外界施加的激励为电流I时，I＝I
OTS
＝I
PCM
。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维相变存储器的OTS+PCM单元模拟系统，其特征在于，包括：OTS单元I
‑
V模块、PCM单元I
‑
V模块、PCM温度模块和PCM相变模块；所述OTS单元I
‑
V模块和所述PCM单元I
‑
V模块串联构成OTS+PCM单元I
‑
V模块；OTS+PCM单元包括串联的OTS单元和PCM单元；所述PCM单元I
‑
V模块用于基于P
‑
F模型和欧姆定律构建OTS+PCM单元I
‑
V特性模型，当所述OTS+PCM单元I
‑
V模块接收到外界施加的激励后，将外界施加的激励和PCM单元的非晶化率带入所述OTS+PCM单元I
‑
V特性模型中，计算得到PCM单元上的电流和电压，并输出到所述PCM温度模块中；其中，所述外界施加的激励为电流或电压；当所述外界施加的激励为电压时，所述OTS单元I
‑
V模块用于对PCM单元I
‑
V模块进行限流；所述PCM温度模块用于根据PCM单元上的电流和电压，采用热阻热容RC网络实时计算PCM单元的温度，并输出到所述PCM相变模块中；所述PCM相变模块用于根据PCM单元的温度判断PCM单元处于晶化状态还是非晶化状态，计算PCM单元的晶化速率和非晶化速率，将二者之和作为实时相变速率，并根据所得实时相变速率计算PCM单元的非晶化率，并输出到所述PCM单元I
‑
V模块中。2.根据权利要求1所述的三维相变存储器的OTS+PCM单元模拟系统，其特征在于，所述OTS+PCM单元I
‑
V特性模型为：I
OTS
＝I1+(
‑
I1+I
on1
F
th
)F
h
I1＝2qA(dz/t0)N
t
exp(
‑
E
t
/kT0)sinh(V
OTS
dz/(2kT0u
a
))I
on1
＝(V
OTS
‑
V
h1
)/R
on1
I
PCM
＝I2+(
‑
I2+I
on2
)F
th
I2＝(exp(K(C
a
)V
PCM
)
‑
1)/(K(C
a
)R(C
a
))I
on2
＝(V
PCM
‑
V
h2
)/R
on2
R(C
a
)＝R
a
C
a
+R
on2
(1
‑
C
a
))其中，I
OTS
为OTS单元上的电流，I1为OTS单元的高阻态电流，I
on1
为OTS单元的低阻态电流，q为电荷量，A为OTS单元的横截面面积，dz为陷阱间的平均距离，t0是束缚电子的特征逃逸时间，N
t
为总陷阱电子浓度，E
t
为深陷阱与浅陷阱间的距离，k为玻尔兹曼常数，T0为环境温度，u
a
为O...

【专利技术属性】
技术研发人员：李震，万祥，缪向水，唐韬，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：