【摘 要】
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相变存储器（Phase Change Memory,PCM）由于具有存储密度高、循环寿命长、读写速度快等优点,被认为是最具潜力的下一代计算机存储设备。但由于现阶段被用作PCM电极的诸多材料（TiN、W等）具有较高的热导率,致使PCM在工作过程中沿电极方向产生了较大的热量损失,由此而导致PCM的较大功耗问题日趋严重。针对此问题,本文首先详细分析了超晶格结构对材料热导率所产生的影响,并基于TiN、W两
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相变存储器（Phase Change Memory,PCM）由于具有存储密度高、循环寿命长、读写速度快等优点,被认为是最具潜力的下一代计算机存储设备。但由于现阶段被用作PCM电极的诸多材料（TiN、W等）具有较高的热导率,致使PCM在工作过程中沿电极方向产生了较大的热量损失,由此而导致PCM的较大功耗问题日趋严重。针对此问题,本文首先详细分析了超晶格结构对材料热导率所产生的影响,并基于TiN、W两种PCM常用的电极材料,通过磁控溅射工艺制备出具有较低热导率的TiN/W超晶格电极,以此来解决PCM由于电极而产生的较大功耗散热问题。具体研究内容如下:首先,针对TiN、W等传统电极材料具有较高热导率的问题,本文依据超晶格结构对材料热导率的微观调控机理,在仿真软件中搭建了基于TiN/W超晶格电极PCM的热传输仿真模型。仿真结果显示,基于TiN/W的超晶格电极由于具有更低的热导率,可以有效抑制PCM沿电极方向的热量损失。较低的热量损失使得PCM执行Reset过程时的复位电压相较于传统TiN、W单层电极分别下降了10%和13%,因此PCM的操作功耗也随之降低。然后,本文基于磁控溅射工艺设计了符合实验需求的工艺制备流程与参数,完成了TiN/W超晶格电极的制备,并对其性能展开了表征与测试。首先通过研究本底真空度、溅射功率、衬底温度、基片台转速等工艺参数对TiN、W单层薄膜厚度和电阻率的影响,本文设计了TiN/W超晶格电极的工艺流程,实现了120nm和60nm两种不同厚度的超晶格电极制备。此外,本文通过SEM、四探针以及3ω法等技术手段对TiN/W超晶格电极展开了详细的表征与性能分析。SEM的截面表征结果显示,本文制备的两种TiN/W超晶格电极的总厚度分别为123.6nm和64.2nm,且分层较为明显、界面较为均匀。四探针的电阻率测试结果表明,上述两种TiN/W超晶格电极的电阻率分别为877.6μΩ·cm和770μΩ·cm。3ω法的热导率测试结果表明,上述两种TiN/W超晶格电极的热导率分别为1.682W/（m·K）和0.721W/（m·K）。相比于TiN、W单层薄膜,TiN/W超晶格电极的热导率有了数量级的降低。实验与测试结果证明本文成功实现了TiN/W超晶格电极的工艺制备,也印证了超晶格结构可以很好地降低材料的热导率。
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