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近年来,3DXPoint技术使得相变存储器突破了存储容量小的限制,但是却带来了影响数据存储稳定性的热串扰问题;除此之外,随着存储单元尺寸减小到纳米数量级时,存储单元的接触热阻对3DXPoint存储器内的热传导的影响极大。因此,研究基于相变单元的3DXPoint存储器的热串扰及接触热阻对存储器的热影响尤为重要。
本文首先基于3DXPoint存储器的工作原理,利用COMSOLMultiphysics软件,构建了3DXPoint存储器仿真系统(主要包括几何模型、材料参数模型和边界条件模型);然后,为了确定存储器采用的电压加载方案以及是否加入选通管,分析了电压加载方案和OTS(Ovonic Threshold Switch)选通管对存储器能耗的影响,研究发现存储器阵列中单元数较多时,相对于V/3电压加载方案,选用V/2电压加载方案可以减少能耗,并提高能量利用率,同时,OTS选通管的存在也能减小存储器的能耗并提高能量利用率,尤其在单元数比较多时,OTS选通管的作用会更加显著,因此在后文的仿真中均采用V/2电压加载方案并在模型中添加OTS选通管。
紧接着,本文又在模型中加入了接触热阻模块,使得仿真模型更加接近实际存储单元,进一步分析了接触热阻对存储器RESET电压及热串扰的影响,研究发现当接触热阻值增大到40m2K/GW时,RESET电压减小了40%左右,接触热阻能够使得存储器的RESET电压显著降低,而且选中单元的邻近单元温度随着接触热阻的增大逐渐减小,热串扰问题得到了很大缓解;最后又分析了相变单元中的材料参数(相变层和加热器的热导率)和结构参数(相变层厚度、相变层宽度、等比例缩小、单元间距)在不同接触热阻大小的情况下对相变存储器的热串扰的影响,并总结了规律,为以后优化3DXPoint存储器的设计提供了详细的依据。
本文首先基于3DXPoint存储器的工作原理,利用COMSOLMultiphysics软件,构建了3DXPoint存储器仿真系统(主要包括几何模型、材料参数模型和边界条件模型);然后,为了确定存储器采用的电压加载方案以及是否加入选通管,分析了电压加载方案和OTS(Ovonic Threshold Switch)选通管对存储器能耗的影响,研究发现存储器阵列中单元数较多时,相对于V/3电压加载方案,选用V/2电压加载方案可以减少能耗,并提高能量利用率,同时,OTS选通管的存在也能减小存储器的能耗并提高能量利用率,尤其在单元数比较多时,OTS选通管的作用会更加显著,因此在后文的仿真中均采用V/2电压加载方案并在模型中添加OTS选通管。
紧接着,本文又在模型中加入了接触热阻模块,使得仿真模型更加接近实际存储单元,进一步分析了接触热阻对存储器RESET电压及热串扰的影响,研究发现当接触热阻值增大到40m2K/GW时,RESET电压减小了40%左右,接触热阻能够使得存储器的RESET电压显著降低,而且选中单元的邻近单元温度随着接触热阻的增大逐渐减小,热串扰问题得到了很大缓解;最后又分析了相变单元中的材料参数(相变层和加热器的热导率)和结构参数(相变层厚度、相变层宽度、等比例缩小、单元间距)在不同接触热阻大小的情况下对相变存储器的热串扰的影响,并总结了规律,为以后优化3DXPoint存储器的设计提供了详细的依据。