Моделирование и расчет функциональных характеристик элементов энергонезависимой памяти с фазовыми переходами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.27.01, кандидат технических наук Егармин, Константин Николаевич

• Егармин, Константин Николаевич
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Егармин, Константин Николаевич

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ЭЛЕМЕНТЫ ЭНЕРГОНЕЗАВИСИМОЙ ПАМЯТИ С ФАЗОВЫМИ ПЕРЕХОДАМИ

1.1. Особенности элементов памяти с фазовыми переходами

1.2. Эффект переключения

1.3. Влияние сильных электрических полей на проводимость в стеклообразных полупроводниках

1.4. Кристаллизация аморфной фазы

1.5. Требования, предъявляемые к устройствам энергонезависимой памяти. Перспективы памяти на фазовых переходах

1.6. Микросхемы энергонезависимой памяти на фазовых переходах

1.7. Постановка и обоснование задач исследования

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ОБРАЗЦЫ И МЕТОДИКА ИЗМЕРЕНИЙ

2.1. Экспериментальные образцы, методика их получения

2.1.1. Химический состав экспериментальных образцов

2.1.2. Типы получаемых образцов

2.1.3. Осаждение пленок

2.2. Разработка измерительного комплекса

2.2.1. Требования к измерительным установкам

2.2.2. Методика и схема измерения статических характеристик образцов

2.2.3. Методика и схема измерения динамических характеристик образцов39

2.3. Выводы

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ ЭНЕРГОНЕЗАВИСИМОЙ ПАМЯТИ С ФАЗОВЫМИ ПЕРЕХОДАМИ

3.1. Влияние конструктивных параметров на статические характеристики элементов памяти с фазовыми переходами

3.2. Влияние конструктивных параметров на динамические характеристики элементов памяти с фазовыми переходами

3.3. Влияние циклов перезаписи на характеристики элементов памяти

3.4. Переключение ячеек памяти с фазовыми переходами в различных режимах. Колебания проводимости при переключении элементов памяти

3.5. Выводы

4. МОДЕЛИРОВАНИЕ ОСНОВНЫХ СТАДИЙ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЯЧЕЕК ПАМЯТИ С ФАЗОВЫМИ ПЕРЕХОДАМИ

4.1. Модель эффекта переключения (первая стадия включения ячейки)

4.1.1. Расчет эффекта переключения на основе эмиссионной модели

4.1.2. Определение параметров модели по экспериментальной вольтамперной характеристике

4.1.3. Расчет влияния параметров ячейки на вольтамперные характеристики67

4.1.4. Расчет вольтамперных характеристик ячейки памяти

4.1.5. Заключение

4.2. Моделирование второй стадии включения энергонезависимых ячеек памяти с фазовыми переходами в приближении ударной ионизации

4.2.1. Построение расчетной модели

4.2.2. Расчет влияния ударной ионизации на характеристику переключения ячейки

4.3. Расчет тепловых процессов и фазовых превращений на этапах включения и выключения ячейки

4.3.1. Основное уравнение модели

4.3.2. Основные допущения модели

4.3.3. Уравнения математической модели

4.3.4. Расчет тепловых процессов и фазовых превращений в ячейке РСМ. Колебания проводимости

4.4. Разработка SPICE-модели для схемотехнического описания ячеек памяти с фазовыми переходами

4.5. Выводы

5. РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ PCRAM

5.1. Функциональная надежность. Тепловое взаимодействие ячеек памяти в матрице

5.2. Расчет информационной надежности одиночной ячейки

5.2.1. Математическая модель оценки надежности

5.2.2. Расчет времени надежного хранения информации

5.2.3. Расчет времени безотказной работы на основе теории вероятностей

5.2.4. Оценка вероятности зарождения и роста кристаллитов

5.2.5. Расчет информационной надежности

5.2.6. Сравнение расчетных оценок времени надежного хранения с экспериментальными данными

5.2.7. Расчет надежности для сверхмалых ячеек памяти

5.3. Выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ. ЛИСТИНГИ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Моделирование и расчет функциональных характеристик элементов энергонезависимой памяти с фазовыми переходами»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность. При современном уровне развития информационных технологий, для обеспечения потребностей бизнеса, науки и техники, принципиально важными становятся исследования в области различных видов памяти, поскольку объемы информации постоянно возрастают. При этом встает вопрос об информационной надежности и ресурсе новых накопителей, т.к. при существующих темпах, нет возможности постоянно переписывать информацию с носителя на носитель, а потеря информации во многих случаях может стать катастрофичной. Не менее важным для новых типов памяти является вопрос быстродействия и энергетической независимости. Это приводит к интенсивному развитию различных видов полупроводниковой памяти.

В настоящее время среди устройств энергонезависимой полупроводниковой памяти широкое распространение получила память типа Flash, базирующаяся на хранении заряда. Обладая страничной организацией перезаписи данных и хорошим для такой организации быстродействием 10 мс), эта память имеет сравнительно невысокое число циклов перезаписи и весьма чувствительна к некоторым внешним воздействиям. Современными стандартами количество циклов перезаписи Flash определяется на уровне от 10 ООО до 100 ООО раз, что достаточно мало, чтобы явиться хорошей альтернативой для магнитных жестких дисков. При этом Flash, как и любой тип памяти, связанный с хранением заряда не обладает радиационной стойкостью, что делает невозможным его применение в военной промышленности. Кроме того, уже просматривается предел масштабирования для элементов памяти этого типа 20 нм).

Все это привело к тому, что основные производители микросхем типа Flash, например, такие как Intel, Samsung, ST Electronics и другие, стали разрабатывать ячейки памяти, базирующиеся не на сохранении статического заряда. Новые ячейки основаны на материалах способных при достаточно низких энергетических затратах изменять фазовый состав. Такой тип памяти получил название РСМ (англ., Phase Change Memory). Хранение информации в

них осуществляется за счет различия в свойствах разных фаз активного материала, а именно кристаллического, обладающего высокой проводимостью, и аморфного, обладающего высоким сопротивлением. Фазовый состав изменяется подачей на ячейку импульсов напряжения определенной длительности и амплитуды. Несмотря на то, что идея создания такого типа памяти была предложена более полувека назад, только современные соединения халькогенидных стеклообразных полупроводников (ХСП), обеспечивают параметры ячеек не только не уступающие ячейкам Flash, но и во многом превосходящие их. Обладая высокой радиационной стойкостью, хорошим ресурсом (порядка 1012 циклов перезаписи [1]) и быстродействием -100 не, эта память принципиально позволяет создавать устройства оперативного хранения информации, что в будущем позволит создать компьютерные системы со сверхбыстрой загрузкой, а также с динамическим конфигурированием.

Несмотря на перспективы, которые открываются для нового типа памяти, проектирование РСМ устройств и разработка их технологии в основном являются эмпирическими из-за отсутствия инженерных методов расчета некоторых функциональных стадий, связанных, в основном, с эффектом переключения и фазовыми превращениями.

При неправильном подборе параметров импульсов напряжения перезаписи может происходить потеря информации после ее записи. Также в настоящее время остается открытым вопрос о надежности хранения информации в таких ячейках и др.

В связи с этим, основная цель работы заключалась в комплексном экспериментальном и теоретическом исследовании функционирования ячеек, определении основных стадий многоэтапных процессов записи и стирания информации, выделении на каждом этапе доминирующих процессов, построении для них физико-математических моделей, проверке их адекватности, а так же в создании метода оценки надежности ячеек РСМ. Конечная цель работы заключалась в создании методов расчета, позволяющих оптимизировать параметры ячеек и микросхем памяти при их разработке.

Для достижения поставленных целей необходимо было решить следующие задачи:

1. Создать методики получения образцов.

2. Создать методики измерений, модифицировать и отладить имеющуюся измерительную аппаратуру, переориентировав ее для решения поставленных задач.

3. Выполнить экспериментальное исследование электропроводности сэндвич структур в высоких полях, определить области оптимальных режимов перезаписи ячеек.

4. На основе теоретического и экспериментального исследования объяснить новые обнаруженные эффекты.

5. Создать метод расчета надежности ячеек РСМ.

6. Создать модели основных процессов для различных этапов функционирования ячеек, выполнить соответствующие расчеты и сравнить их с результатами эксперимента. Предложить соответствующие рекомендации, которые могут быть использованы при проектировании ячеек.

Объекты и методы исследований. Объектами исследования являются электронные процессы двухэлектродных тестовых ячеек РСМ, представляющие собой тонкие пленки ХСП с электродами различной конфигурации. Основными методами исследования являются измерения статических и динамических характеристик тестовых ячеек РСМ. Основным методом оценки достоверности расчетных результатов является их сравнение с экспериментальными и литературными данными.

Научная новизна:

1. Установлена связь между видом вольтамперной характеристики и свойствами материала и геометрии активной области.

2. На основе подхода, предложенного Колмогоровым, развита модель информационного отказа ячейки РСМ, расчеты по которой удовлетворительно соответствуют известным экспериментальным данным.

3. Показано, что быстрая стадия записи кристаллического состояния ячейки памяти может быть объяснена ударной ионизацией в индуцированном канале, что подтверждается соответствующими расчетами.

4. Показано, что при постоянном тепловом фоне возможно возникновение термокинетических колебаний в объеме материала памяти.

5. Составлен комплекс связанных физико-математических моделей, описывающих все стадии функционирования элементов памяти.

Практическая ценность:

1. Предложенная в работе связь вида вольтамперных характеристик с параметрами материала позволяет осуществлять выявление потенциально ненадежных элементов памяти в процессе работы микросхемы.

2. Показана область режимов функционирования элемента памяти, которая может приводить к возникновению его нестабильности и которая должна быть исключена из работы микросхемы.

3. Разработаны методы априорной оценки надежности, позволяющие избегать дорогостоящих испытаний в процессе проектирования микросхем памяти.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Достоверность моделей и выполненных по ним результатов расчетов для включения и выключения ячеек РСМ.

2. Способ определения характеристических параметров РСМ ячейки по ее статическим характеристикам.

3. Справедливость выводов о минимальных размерах разделительных теплоизолирующих слоев, сделанных на основе расчетов возможной тепловой связи РСМ ячеек в накопителе PCRAM (англ., Phase Change Random Access Memory).

4. Обнаруженный эффект возникновения колебаний проводимости, которые обусловлены многочисленными фазовыми превращениями в разных областях ячейки РСМ. Его объяснение и справедливость применяемой физико-математической модели.

5. Предложенный метод оценки надежности хранения информации в ячейках РСМ и результаты расчетов для ячейки на основе материала, используемого в схемах PCRAM.

Реализация результатов. Результаты исследования вошли составной частью в работу, выполненную совместно с ИОНХ РАН РФ по проекту 08-0300651 РФФИ.

Разработанные программные модули были использованы автором при создании лабораторной работы по расчету тепловых процессов в микросхеме памяти в рамках курса "Численный анализ электронных схем и автоматизация схемотехнического моделирования", читаемого в НИУ МЭИ бакалаврам по направлению 210100 (550700).

Полученные в рамках диссертационной работы результаты были использованы при подготовке раздела, посвященного PCRAM в курсе "Системы памяти", читаемого в НИУ МЭИ магистрам по направлению 210100 (550700).

Апробация работы. Результаты диссертации изложены в 21 работе, которые приведены в списке работ автора, опубликованных по теме диссертации, а также докладывались и обсуждались на перечисленных ниже конференциях и семинарах:

1. Международные научно-методические семинары "Флуктационные и деградационные процессы в полупроводниковых приборах" МНТОРЭС им. A.C. Попова в 2008, 2009, 2010, 2011 гг.

2. Научная сессия Центра хемотроники стекла им. В.В. Тарасова, посвященной 100-летию со дня рождения профессора Б.Т. Коломийца. 15 апреля 2008 г., Москва, Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева.

3. Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов. Зеленоград 28-30 апреля 2010. "Микроэлектроника и информатика 2010". Министерство образования и науки РФ, Московский государственный институт электронной техники (ТУ).

4. Международная конференция "Аморфные и микрокристаллические полупроводники", 28 июня - 1июля 2010 г., Санкт-Петербург, ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН РФ.

5. Пятнадцатой, шестнадцатой и семнадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов. Радиоэлектроника, электротехника и энергетика. Секция "Полупроводниковая электроника", Москва 2009, 2010 и 2011 гг.

6. 10th Non-Volatile Memory Technology Symposium, October 25-28, 2009, Hilton Portland and Executive Tower Portland, Oregon, USA.

7.23rd International Conference on Amorphous and Nanocrystalline Semiconductors, ICANS 23 Science and Technology the Netherlands, Aug. 23-28 2009.

8. The 5th Forum NANO AND GIGA CHALLENGES in Electronics, Photonics and Renewable Energy, Moscow - Zelenograd, Russia, September 12-16, 2011.

9.3-я международная конференция «Аппликативные вычислительные системы ABC 2012», Москва, 26-28 ноября, 2012 г.

По завершении работы сделаны доклады по общим результатам диссертации на семинаре кафедры физики полупроводников отделения физики твердого тела физического факультета Московского государственного университета им. М.В. Ломоносова в научной группе проф. Звягина И.П. (17.12.2012) и на семинаре лаборатории фотоэлектрических явлений в полупроводниках отделения физики твердого тела Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе Российской академии наук (18.12.2012).

Личный вклад автора. Автор создал аппаратно-измерительный комплекс для изучения статических характеристик ячеек; выполнил экспериментальное исследование статических и динамических характеристик РСМ ячеек; создал комплекс моделей всех стадий функционирования ячеек РСМ; выполнил сравнение расчетных результатов с экспериментальными; обнаружил и объяснил эффект колебаний проводимости в ячейках; предложил метод априорной оценки надежности хранения информации.

1. ЭЛЕМЕНТЫ ЭНЕРГОНЕЗАВИСИМОЙ ПАМЯТИ С ФАЗОВЫМИ

ПЕРЕХОДАМИ

1.1. Особенности элементов памяти с фазовыми переходами

В середине 1950-х годов H.A. Горюновой и Б.Т. Коломийцем в физико-техническом институте им. А.Ф. Иоффе РАН были открыты ХСП [2]. Исследование вольтамперных характеристик этих материалов показало, что для некоторых составов при приложении к образцу напряжения большего некоторого порогового Uth , его сопротивление уменьшается на несколько порядков. После снятия напряжения образец возвращался в исходное состояние. Это явление было названо эффектом переключения.

Американский ученый и предприниматель С.Р. Овшинский предложил использовать приборы на основе этого эффекта как ключи в электронных схемах [3]. В дальнейшем С.Р. Овшинский стал исследовать халькогенидные сплавы, в которых проводящее состояние фиксировалось с помощью высокопроводящей поликристаллический нити [4]. Для расплавления поликристаллический нити использовался короткий электрический импульс, который плавил нить. По окончании импульса происходила закалка материала, и он вновь оказывался в стеклообразном состоянии. Для того чтобы перевести материал вновь в кристаллическое состояние, использовался импульс меньшей амплитуды, однако достаточной, чтобы произошел электрический пробой аморфной пленки и межэлектродная область разогрелась до температуры большей температуры кристаллизации. Этот импульс был несколько большей длительности, чтобы кристаллизация успела произойти в межэлектродном пространстве. Таким образом, за счет изменения амплитуды и длительности импульса, подаваемого на двухэлектродную ячейку был создан процесс ее программирования, переводящего межэлектродное пространство либо в аморфное состояние (reset) с низкой проводимостью, либо в поликристаллическое состояние с высокой проводимостью (set). На основе этих ячеек в США и СССР [5] были созданы первые энергонезависимые схемы памяти с фазопеременными элементами PCRAM. Фазопеременный элемент памяти выдерживал до 103 переключений, что в то время было вполне достаточно для ряда применений. Примерно в это же время началось исследование энергонезависимых схем памяти в различных НИИ и учебных институтах, в частности, в рамках совместного проекта схемы изготавливаемые в НИИ "Сапфир" начали исследоваться в Московском энергетическом институте [5,6].

На протяжении 1970-х и 1980-х годов перспективы использования PCRAM стимулировали исследовательскую деятельность многих промышленных и исследовательских групп в этой области. Были разработаны прототипы PCRAM массивов, однако PCRAM первого поколения были не надежны и производители остановили развитие этого типа памяти. Основные причины этого: недостаток знаний электронных процессов в халькогенидных полупроводниках и низкий технологический уровень на тот момент. Много позднее энергонезависимая Flash-память базирующаяся на сохранении электростатического заряда была выполнена на базе КМОП технологии и в настоящее время удовлетворяет основным требованиям, применяемым к энергонезависимой памяти. Однако Flash имеет ряд функциональных и технологических ограничений, отсутствующих у РСМ.

Открытие новых халькогенидных сплавов с быстрой кристаллизацией GST (Ge2Sb2Te5) и успехи, достигнутые в субмикронной технологии, сделали возможным возобновить работы по созданию надежных PCRAM-схем. Эти устройства могут быть запрограммированы за 30-100 не, что на один-два порядка быстрее, чем ранние ячейки фазопеременной памяти. При этом уменьшение тока программирования позволило разрабатывать массивы памяти, управляемые МОП-транзисторами при побитовом доступе.

Сейчас PCRAM рассматривается как один из кандидатов для нового поколения энергонезависимой памяти, что явилось результатом возобновления исследований в области электрически-стимулируемых фазопеременных процессов.

Рабочие параметры ячейки РСМ, в значительной степени, определяют процесс порогового переключения. Механизм порогового переключения изучался в первых публикациях С.Р. Овшинского [3]. Основные модели были построены на механизме двойной инжекции [7, 8], физико-химических изменениях в программируемой области, процессах ударной ионизации и рекомбинации [9] и зарождении центров кристаллизации вызванных полем [10]. Была так же предложена модель эмиссионного пробоя, которая основывалась на концепции автоэлектронной эмиссии с ионизационных ловушек [11]. Этот тип пробоя был назван перколяционным, однако лучше называть его эмиссионным, потому что термин «перколяционный пробой» широко распространен для другого явления, вызванного физическим контактом фрагментов проводящих материалов.

В данной работе рассматривается эмиссионная модель переключения, применяемая для исследования процессов, которые происходят при переключении ячейки PCRAM.

Работы в области коммерческого применения PCRAM нового поколения начались примерно 10 лет назад, после того как фирма ECD продала лицензию на разработку и применение PCRAM фирме Intel. В настоящее время лицензию у ECD приобрели основные фирмы-разработчики памяти в США, Корее и Европе. Прогресс в области разработки фазопеременных ячеек идет, в основном, по пути уменьшения энергии перезаписи.

На рис.1 показана вольтамперная характеристика фазопеременной ячейки и зависимости сопротивления состояния логического нуля (Reset) и логической единицы (Set) от тока записи. Как видно из рис. 1а, пороговое напряжение эффекта переключения, используемого при записи логической 1, составляет примерно 0,6 В. При этом, как видно из рис. 16, сопротивление выключенного состояния составляет 2-105 Ом, сопротивление включенного состояния не зависит от тока записи и равно 1,5-103 Ом. Как видно из рис. 16,

функционирование ячейки превышающими 700 мкА.

обеспечивается токами перезаписи, не

э О

0.7S

0.50

0.25

0.00

~1-1-г

■ Crystal • Amorphous

■ •

■ *

/

■ " /

О

У» »» >> ■

10'

S ю'

а

Н

а

.22

м in' Ф 10

ОС

О Set state т • Reset state

0.0

0.5 1.0

Voltage [V]

1.S

10* 0.0

о

ООО OQ О ООО о о 00%ЪЬ *

_ I • '_._I_,_I_._I_I_1_

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 Programming Current [rrtA]

0.7

а б

Рис.1, (а) Вольтамперная характеристика элемента памяти с фазовыми переходами и (б) зависимость сопротивления включенного (Set) и выключенного состояний (Reset)

от тока записи

Графики, показанные на рис.2а, характеризуют "старение" фазопеременной ячейки, проявляющееся после 1011 циклов перезаписи [1]. Из рис.2б видно, что старение фазопеременной ячейки зависит от ширины импульса выключения. Следует отметить, что импульс включения влияет на старение ячейки значительно слабее, поскольку его энергия примерно в два раза ниже, чем энергия импульса выключения.

S

I

â

Number of cycles [#J

10* 10J

10s 10* 10s RESET Pulse Width W[ns]

Рис.2, (а) Зависимость величины сопротивления включенного (Set) и выключенного состояний (Reset) от числа перезаписей ячейки, (б) зависимость предельного числа циклов перезаписи от ширины выключающего импульса

На рис.3 показана дисперсия сопротивления включенного (левая кривая) и выключенного (правая кривая) состояний ячейки. Центральная кривая отражает дисперсию сопротивлений, которая имеет место по элементам памяти до записи первого бита, т.е. сразу после получения микросхемы. Результаты получены на матрице, разработанной Samsung Electronics (64 MB, 180 нм) [12].

GST resistance [jQ]

Рис.3. Дисперсия сопротивлений элементов памяти, находящихся в матрице, в

различных состояниях

Как видно из графиков на рис.3, существует значительный разброс сопротивлений функционирующих элементов. Этот разброс может быть связан, как с технологией, так и с физическими процессами при функционировании элементов. Его снижение является одной из важнейших задач при разработке

элементов, поскольку снижение разброса позволит не только увеличить емкость отдельных блоков РСИАМ, но и будет способствовать повышению процента технологического выхода микросхем, т.е. снижению их себестоимости.

Потеря информации в РСЯАМ может иметь место за счет спонтанной кристаллизации элементов памяти находящихся в стеклообразном состоянии (логический 0) при хранении или работе схем при повышенной температуре.

Рисунок 4а демонстрирует влияние температуры на время кристаллизации, по горизонтальной оси рисунка отложена обратная тепловая энергия. Из графика видно, что время кристаллизации сильно зависит от температуры.

24 26 28 30

1/kBT £eV4

500 1000 1500 2000 2500 3Q0C Contact Area [nm2]

a

б

Рис.4, (а) Влияние температуры на время кристаллизации аморфной области GST, (б) зависимость тока выключения от площади контактов

На рис.4б показаны экспериментальные кривые зависимости тока выключения от площади контактов. Согласно приведенным результатам принципиально возможно снижение тока программирования до 50 мкА, что можно рассматривать как подтверждение того, что фазопеременные ячейки должны сохранять свои функциональные возможности при уменьшении размеров контактов до 250 нм2.

1.2. Эффект переключения

Эффект переключения - эффект обратимого перехода между состоянием с высоким сопротивлением в состояние с низким сопротивлением, при условии, если приложенное напряжение превысит некоторое пороговое значение [4, 1314]. Этот эффект был назван эффектом переключения из-за возможности создания на его основе логических ключей твердотельных схем. Именно

перспектива промышленного применения ХСП переключателей в свое время стимулировала обширные экспериментальные и теоретические исследования в этом направлении [15-30]. Основной причиной, не позволившей использовать данный эффект в твердотельных устройствах, послужила очень низкая надежность экспериментальных образцов. Как уже было упомянуто выше, причину этого следует искать с одной стороны в отсутствии моделей ХСП переключателей, адекватно описывающих их свойства, с другой - в низком уровне технологии, который не позволял в то время реализовать переключатели субмикронных размеров. Достигнутые в последнее время успехи в области технологии приборов с субмикронными размерами и необходимость создания устройств быстродействующей энергонезависимой памяти большого объема заставили разработчиков ряда фирм вновь обратить внимание на ХСП переключатели.

и.

I ИЫКЛ Г % /он'-..

ипор: Цыт ; \ Чу ■ • 1

Заключение диссертации по теме «Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и нано- электроника на квантовых эффектах», Егармин, Константин Николаевич

Результаты работы могут быть использованы проектировщиками PCRAM-микросхем, при расчете стадий функционирования элементов памяти с фазовыми переходами и при оценке их надежности.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи, входящие в перечень изданий, рекомендованных ВАК России:

1. Sergey Kozyukhin, Edward Voronkov and Konstantin Egarmin. Conductivity oscillations in Ge2Sb2Te5 films stimulated by phase transformations. Physica Status Solidi (C), volume 7, issue 3 - 4, P. 865 - 868, April 2010.

2. K.H. Егармин. Ю.В. Ануфриев, Э.Н. Воронков. Термокинетические колебания в элементах памяти с фазовыми переходами. Вестник МЭИ № 6, 2009, Издательский дом МЭИ, С. 210 - 214. ISSN: 1993-6982.

Другие статьи и публикации в материалах и трудах конференций:

1. K.N. Egarmin. Kinetic oscillations during phase transitions in nanoscale volumes. The 5th Forum NANO AND GIGA CHALLENGES in Electronics, Photonics and Renewable Energy, Moscow 2011, P. 66.

2. K.N. Egarmin. E.N. Voronkov. Storage of information in nanoscale memory cells with phase transitions. The 5th Forum NANO AND GIGA CHALLENGES in Electronics, Photonics and Renewable Energy, Moscow 2011, P. 67.

3. K.H. Егармин. Э.Н. Воронков. Применение кристаллизационной модели А.Н. Колмогорова к оценке времени хранения информации в PcRAM. Материалы международного научно-методического семинара МЭИ: Флуктационные и деградационные процессы в полупроводниковых приборах, Москва 2011, С. 128- 132.

4. К.Н. Егармин. Колебания проводимости в ячейках PcRAM, обусловленные фазовыми превращениями. Материалы международного научно-методического семинара МЭИ: Флуктационные и деградационные процессы в полупроводниковых приборах, Москва 2011, С. 123 - 127.

5. К.Н. Егармин. Вольтамперные характеристики ячеек энергонезависимой памяти, основанной на фазовых переходах. Аморфные и микрокристаллические полупроводники: сборник трудов VII Международной конференции. -Спб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2010, С. 377 - 378.

6. К.Н. Егармин. Тепловые процессы в энергонезависимых ячейках памяти с фазовыми переходами. Аморфные и микрокристаллические полупроводники: сборник трудов VII Международной конференции. -Спб.: Изд-во Политехи, унта, 2010, С. 375-376.

7. К.Н. Егармин. Моделирование динамики переключения энергонезависимых ячеек памяти с фазовыми переходами в приближении ударной ионизации. Аморфные и микрокристаллические полупроводники: сборник трудов VII Международной конференции. -Спб.: Изд-во Политехи, унта, 2010, С. 93 -94.

8. Э.Н. Воронков, К.Н. Егармин. Расчет основных характеристик элементов памяти на основе халькогенидных полупроводников. Аморфные и микрокристаллические полупроводники: сборник трудов VII Международной конференции. -Спб.: Изд-во Политехи, ун-та, 2010, С. 15 - 16.

9. К.Н. Егармин. Тепловые процессы в энергонезависимых ячейках памяти с фазовыми переходами. 17-я Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов: Тезисы докладов. -М.: МИЭТ, 2010, С. 71.

10. К.Н. Егармин. Расчет вольтамперных характеристик ячеек памяти, основанной на фазовых переходах. Материалы международного научно-методического семинара МЭИ: Флуктационные и деградационные процессы в полупроводниковых приборах, Москва 2010, С. 223 - 228.

11. Егармин К.Н. Моделирование ячеек энергонезависимой памяти, основанной на фазовых переходах. Тезисы докладов шестнадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов. Радиоэлектроника, электротехника и энергетика, Том 1, Секция 13 Полупроводниковая электроника, Москва 2010, С. 275 - 276.

12. Edward N. Voronkov, Konstantin N. Egarmin. Estimation of phase change memory cell parameters on the base I-V curves analyses 10th Non-Volatile Memory Technology Symposium, October 25-28, 2009, Hilton Portland and Executive Tower Portland, Oregon, USA PI 1. (http: nvmts.org).

13. S.Kozyukhin, E.Voronkov, K.Egarmin. Conductivity oscillations in Ge2Sb2Te5 films stimulated by phase transformations. Book of Abstracts, 23rd International Conference on Amorphous and Nanocrystalline Semiconductors, ICANS 23 Science and Technology the Netherlands, Aug. 23-28 2009, P. 408.

14. Егармин K.H. Ануфриев Ю.В., Воронков Э.Н. Колебания проводимости в элементах памяти с фазовыми переходами. Материалы международного научно-методического семинара МЭИ: Флуктационные и деградационные процессы в полупроводниковых приборах, Москва 2009, С. 241 - 245.

15. Егармин К.Н. Исследование характеристик энергонезависимых тестовых элементов памяти на основе тонких пленок Ge2Sb2Te5. Материалы международного научно-методического семинара МЭИ: Флуктационные и деградационные процессы в полупроводниковых приборах, Москва 2009, С. 236 - 240.

16. Егармин К.Н. Исследование процессов включения фазопеременных элементов памяти. Влияние толщины пленок Ge2Sb2Te5 на их статические характеристики. Тезисы докладов пятнадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов. Радиоэлектроника, электротехника и энергетика, Том 1, Секция 13 Полупроводниковая электроника, Москва 2009, С. 216 - 217.

17. Егармин К.Н. SPICE модели включения и выключения фазопеременных элементов памяти (РСМ). Программа и тезисы докладов научной сессии Центра хемотроники стекла им. В.В. Тарасова, посвященной 100-летию со дня рождения профессора Б.Т. Коломийца, РХТУ им. Д.И. Менделеева, Москва 2008, С. 37.

18. Ануфриев Ю.В., ЕгановаЕ.М., Егармин К.Н. Определение электрофизических параметров функциональной области элементов памяти с фазовыми переходами. Материалы международного научно-методического семинара МЭИ: Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах, Москва 2008, С. 176 - 181.

19. Егармин К.Н. Тепловые процессы в энергонезависимых ячейках памяти с фазовыми переходами. Тезисы докладов семнадцатой международной научно-технической конференции студентов и аспирантов. Радиоэлектроника, электротехника и энергетика, Том 1, Секция 14 Полупроводниковая электроника, Москва 2011, С. 277 - 278.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Егармин, Константин Николаевич, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. A.L. Lacaita. Phase change memories: State-of-the-art, challenges and perspectives. Solid-State Electronics 50 (2006) 24-31.

2. Горюнова H.A., КоломиецБ.Т. Новые стеклообразные полупроводники. Изд. АН СССР, Сер. Физ., 1956, Т. 20, № 12, С. 1496 - 1501.

3. Ovshinsky S.R. Symmetrical current controlling device. Pat. USA, cl. 307 -885, № 3281591, publ. 20IX 1963.

4. S.R. Ovshinsky, H. Fritzsche. Amorphous semiconductors for switching, memory, and imaging applications. Electron Devices, IEEE Transactions 1973, V. 20, Issue 2, P. 91 -105.

5. УсовН.Н., Беляев Е.Я. Переключатели из стеклообразных полупроводников. Электронная техника. Полупроводниковые приборы, 1971, №5, С. 92- 104.

6. А.И. Попов, Э.Н. Воронков, Н.Н. Усов и др. Устройства памяти на основе халькогенидных стеклообразных полупроводников. Сборник научных трудов по проблемам микроэлектроники, МИЭТ, Москва, 1979.

7. MottN.F. Conduction in non-crystalline systems. II. The on-state of the threshold switches. Phil. Mag. 1975, Vol. 32, № 11, P. 159 - 171.

8. ЛампертМ., Марк П. Инжекционные токи в твердых телах. М.: Мир, 1973.

9. PirovanoA., Lacaita A.L., BenvenutyA., PelizzerF., BezR. Electronic switching in phase-change memories. IEEE transactions jn ED, V. 51, № 3, 2004, P. 452 - 459.

10.S. Privitera, C. Bongiorno, E. Rimini, R. Zonca. Crystal nucleation and growth processes in Ge2Sb2Te5. Appl. Phys. Lett., Vol. 84, № 22, 31 May 2004, P. 4448 - 4450.

11. Voronkov E.N. Calculation of threshold voltage for Random Access Memory device. Journal of Non-Crystalline Solids, 2006, V. 353, P. 1578 - 1581.

12.Woo Yeong Cho, Beak-hyung Cho, Byung-gil Choi, Hyung-rok Oh, et al. Non-volotile memory. A 0.18 pm 3.0V 64Mb Non-Volatile Phase-Transition Random-Access Memory (PCRAM). Tech. Dig. S2. ISSCC 2004.

13.Коломиец Б.Т., Лебедев Э.А. Вольтамперная характеристика точечного контакта со стеклообразным полупроводником. Радиотехника и электроника, 1963, Т. 8, Вып. 12, С. 2097 - 2098.

14.0vshinsky S.R. Reversible electrical switching phenomena in disordered structures. Phys. Rev. Lett., 1968, Vol. 21, № 20, P. 1450 - 1453.

15. Электронные явления в халькогенидных стеклообразных полупроводниках. Под. ред. К.Д. Цэндина, СПб.: Наука, 1996.

16.AdlerD., ShurM.S., Silver М., Ovshinsky S.R. Threshold switching in chalcogenide-glass films. J. Appl. Phys., 1980, Vol. 51, № 6, P. 3289 - 3309.

17.Petersen E.A., AdlerD. A model for the on-state of amorphous chalcogenide threshold switches. J. Appl. Phys., 1979, Vol. 50, № 7, P. 5065 - 5072.

18.AdlerD., HenischH.K., MottN. The mechanism of threshold switching in amorphous alloys. Reviews of modern physics, 1978, Vol. 50, № 2, P. 209 -221.

19.PetersenE.A., AdlerD. On state of amorphous threshold switches. J. Appl. Phys., 1976, Vol. 47, № 1, P. 256 - 263.

20.Petersen E.A., Adler D. Electronic nature of amorphous threshold switching. Appl. Phys. Lett., 1975, Vol. 27, № 11, p. 625 - 627.

21.Adler D. Switching phenomena in thin films. J. Vac. Sci. Technol., 1973, Vol. 10, №5, P. 728-738.

22.Adler D., Moss S.C. Amorphous memories and bistable switches. J. Vac. Sci. Technol., 1972, Vol. 9, № 4, P. 1182 - 1190.

23.Walsh P.J., VogelR., Evans E. Conduction and electrical switching in amorphous chalcogenide semiconductor films. Phys. Rev., 1969, Vol. 178, № 3,P. 1274- 1279.

24.Vezzolli G.C., Walsh P.J., Doremus L.W. Threshold switching and the on-state in non-crystalline semiconductors. An interpretation of threshold switching research. J. Non-Cryst. Solids, 1975, Vol. 18, № 3, P. 333 - 373.

25.Коломиец Б.Т., Лебедев Э.А., Цэндин К.Д. Электронно-тепловая природа низкоомного состояния, возникающего при переключении ХСП. ФТП, 1981, Т. 15, №2, С. 304-310.

26.Henisch H.K., PryorR.W., Ventura G.J. Characteristics and mechanism of threshold switching. J. Non-Cryst. Solids, 1972, Vol. 8-10, P. 415 - 421.

27.Бонч-Бруевич B.JI., Звягин И.П., Миронов А.Г. Доменная электрическая неустойчивость в полупроводниках. М.:Наука, 1972.

28.Костылев С.А., Шкут В.А. Электронное переключение в аморфных полупроводниках. К.: Наукова думка, 1978.

29.Меден А., Шо М. Физика и применение аморфных полупроводников. М.: Мир, 1991.

30.Глебов А.С., Петров И.М. Физика и применение токовой неустойчивости в стеклообразных полупроводниках. Рязань: Узорочье, 2000.

31.Коломиец Б.Т., Лебедев Э.А., Таксами И.А., ЦэндинК.Д. Исследование процессов восстановления и природа низкоомного состояния, возникающего при переключении в халькогенидных стеклообразных полупроводниках. ФТП, 1983, Т. 17, № 1, С. 119 - 124.

32.Chen H.S., Wang Т.Т. On the theory of switching phenomena in semiconducting glasses. Phys. Status. Solidi, 1970, Vol. 2, № 1, P. 79 - 84.

33.MottN.F. Conduction in non-crystalline systems. VII. Nonohmic behaviour and switching. Phil. Mag., 1971, Vol. 24, № 190, P. 911 - 934.

34.Shaw M.P., Holmberg D.H., Kostylev S.A. Reversible switching in thin amorphous chalcogenide films-electronic effects. Phys. Rev. Lett., 1973, Vol. 31, №8, P. 542-545.

35.Fritzsche H., Ovshinsky S.R. Electronic conduction in amorphous semiconductors and the physics of the switching phenomena. J. Non-Cryst. Solids, 1970, Vol. 2, P. 393 - 405.

36.Lee S.H. The on-state in chalcogenide threshold switches. Phys. Rev. Lett., 1972, Vol. 21, № и, p. 544 - 546.

37.Цэндин К.Д. Качественная микроскопическая электроннотепловая модель эффекта переключения в халькогенидных стеклообразных полупроводниках. Стеклообразные полупроводники: Тез. докл. всес. совещания, Ленинград, 2-4 октября, 1985, Л.: 1985.

38.TanakaK., Lizima S., Suji M., Kikuchi M. Electrical nature of the lock-on filament in amorphous semiconductors. Sol. St. Commun., 1970, Vol. 8, № 1, P. 75 - 78.

39.Monch W. On the physics of avalanche breakdown in semiconductors. Phys. Stat. Sol., 1969, Vol. 36, № 9, P. 9 - 48.

40.Аладинский В.К. Теоретическое и экспериментальное исследование электронных процессов при пробое р-п переходов и некоторые аспекты их практического применения: Диссертация докт. физ.-мат. наук. ФИАН СССР им. П.Н. Лебедева, М., 1974.

41.ШеллЭ. Самоорганизация в полупроводниках. Неравновесные фазовые переходы в полупроводниках, обусловленные генерационно-рекомбинационными процессами. М.: Мир, 1991.

42.Казакова Л.П, Лебедев Э.А., Рогачев Н.А. Исследование проводимости халькогенидных стекол в сильных электрических полях. Электрические явления в некристаллических полупроводниках: Тр. шестой межд. конф. по аморфным и жидким полупроводникам, Ленинград, СССР, 18-24 ноября, 1975-Л.: Наука, 1976, С. 240 - 243.

43.G. Juska, М. Viliunas, К. Arlauskas et al. Hole drift mobility in цс-Si-H. J. Appl. Phys., 2001, Vol. 89, № 9, P. 4971 - 4974.

44.Kastner M.A. The peculiar motion of electrons in amorphous semiconductors. Properties of amorphous materials, 1985, № 4, P. 381 - 396.

45.Brown F.C. Temperature Dependence of Electron Mobility in AgCl. Phys. Rev., 1955, Vol. 97, № 2, P. 355 - 362.

46.Scher H., Montroll E.W. Anomalous transit-time dispersion in amorphous solids. Phys. Rev. В., 1975, Vol. 12, № 6, P. 2455 - 2477.

47.Hartke J.L. Drift Mobilities of Electrons and Holes and Space-Charge-Limited Currents in Amorphous Selenium Films. Phys. Rev., 1962, Vol. 125, № 4, P. 1177- 1192.

48.Rudenko A.I., ArkhipovV.I. Drift and diffusion in materials with traps. I. Quasi-equilibrium transport regime. Phil. Mag. В., 1982, Vol. 45, № 2, P.177 -187.

49.Rudenko A.I., Arkhipov V.I. Drift and diffusion in materials with traps. III. Analysis of transient current and transit time characteristics. Phil. Mag. B., 1982, Vol. 45, № 2, P. 209 - 226.

50.JuskaG., ArlauskasK., ViliunasM. Extraction Current Transients: New Method of Study of Charge Transport in Microcrystalline Silicon. Phys. Rev. Lett., 2000, Vol. 84, № 21, P. 4946 - 4949.

51.G. Juska, K. Arlauskas, K. Kocka et al. Hot electrons in amorphous silicon. Phys. Rev. Lett., 1995, Vol. 75, № 16, P. 2984 - 2987.

52Juska G., Arlauskas K., Montrimas E. Features of carriers at very high electric fields in a-Se and a-Si:H. J. Non-Cryst. Solids, 1987, Vol. 97 & 98, P. 559 -562.

53.Bording J.K., TatoJ. Molecular-dynamics simulation of growth of nanocrystalls in amorphous matrix. Phys. Rev. B., V. 62, № 12, P. 8098 -8103.

54.Haring Bolivar, F. Merget, D.-H. Kim, H. Kurz. Lateral design for phase-change random access memory cells with low current consumptions. European symposium on phase-change and ovonic science. EPCOS Tech. Dig., 2004.

55.Ferdinando Bedeschi, Roberto Bez, Chiara Boffino, Edoardo Bonizzoni, Egidio Cassiodoro Buda, et al. 4Mb MOSFET-Selected Trench Phase-Change Memory Experimental Chip. IEEE JOURNAL OF SOLID-STATE CIRCUITS, Vol. 40, № 7, July 2005.

56.Tamihiro GOTOH, Kentaro SUGAWARA, and KeijiTANAKA. Minimal Phase-Change Marks Produced in Amorphous Ge2Sb2Te5 Films. Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 43, № 6B, 2004, P. 818 - 821.

57.E.N. Voronkov. CRYSTALLIZATION IN CHALCOGENIDE GLASS BY DIFFERENTIAL THERMAL ANALYSIS MEASUREMENTS. Journal of Optoelectronics and Advanced Materials, Vol. 4, № 4, December 2002, P. 863 -866.

58.E.N. Voronkov, S.A. Kozyukhin. Electrical Conductivity of Amorphous Films of Chalcogenide Compounds in High Electric Fields. Semiconductors, 2009, Vol. 43, № 7, P. 921 - 924.

59.E.N. Voronkov, A.I. Popov, I.S. Savinov, A.R. Fairushin. Percolation breakdown of amorphous semiconductors. Journal of Non-Crystalline Solids 352(2006) 1578-1581.

60.С. Зи. Физика полупроводниковых приборов в 2-х книгах. М.: Мир, 1984.

61.А.Н. Тихонов, А.А. Самарский. Уравнения математической физики. Москва, Издательство «Наука», 1972, с. 180 - 184.

62.Колмогоров А.Н. Теория вероятностей и математическая статистика: [Сб. статей].-М.: Наука, 1986.-е. 178 - 182.

63.Орлов А.И. Математика случая: Вероятность и статистика - основные факты: Учебное пособие-М.: МЗ-Пресс, 2004-с. 84 - 87.

64.Шкловский Б.И., Эфрос A.JI. Электронные свойства легированных полупроводников.- М.: Наука, Главная редакция физико-математической литературы, 1979.-е. 126 - 184.

65.J.W. Christian. The theory of transformations in metals and alloys. Pergamon, Oxford, 1975.

66.Гиббс Дж.В. Термодинамика. Статистическая механика. М.: Наука, 1982, 584 с.

67.U. Russo, D. Ielmini, A.L. Lacaita. A physics-based crystallization model for retention in phase-change memories. IEEE 07CH37867 45th Annual International Reliability Physics Symposium, Phoenix, 2007, P. 547 - 553.

68.J.A. Kalb, F. Spaepen, M. Wuttig. Kinetics of crystal nucleation in undercooled droplets of Sb- and Те- based alloys used for phase change recording. J. Appl. Phys., Vol. 98, 2005, P. 054910.

69.Uhlmann D.R. Nucleation, crystallyzation and glass formation. J. Non-Cryst. Sol., 1980, Vol. 38 - 39, part 2, P. 693 - 698.

70.H.B. Singh, A. Holz. Stability limit of supercooled liquids. Solid State Commun., Vol. 45, 1983, P. 985 - 987.

71.A. Redaelli, D. Ielmini, U. Russo, A.L. Lacaita. Intrinsic data retention in nanoscaled PCMs - Part II: Statistical analysis and prediction of failure time. IEEE Trans. Electron Devices, Vol. 53, 2006, P. 3040 - 3046.

72.V.G. Karpov, Y.A. Kryukov, M. Mitra, and I.V. Karpov. Crystal nucleation in glasses of phase change memory. J. Appl. Phys. 104, 054507 (2008).

73 .A. Redaelli, A. Pirovano, I. Tortorelli, D. Ielmini, A.L. Lacaita. A Reliable Technique for Experimental Evaluation of Crystallization Activation Energy in PCMs. IEEE Electron Device Letters, Vol. 29, № 1, January 2008, P. 41 - 43.

74.U. Russo, D. Ielmini, A. Redaelli, A. L. Lacaita. Intrinsic Data Retention in Nanoscaled Phase-Change Memories - Part I: Monte Carlo Model for Crystallization and Percolation. IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 53, № 12, P. 3032 - 3039, 2006.

75 .A. Redaelli, D. Ielmini, U. Russo, A. L. Lacaita. Intrinsic Data Retention in Nanoscaled Phase-Change Memories - Partll: Statistical Analysis and Prediction of Failure Time. IEEE Transactions on Electron Devices, Vol. 53, № 12, P. 3040 - 3046, 2006.

76.Пресняков М.Ю., Воронков Э.Н., Попов А.И. Микроструктура пленок системы германий-сурьма-теллур. Материалы международного научно-методического семинара МЭИ: Флуктационные и деградационные процессы в полупроводниковых приборах, Москва, 2010, С. 218 - 222.

77.А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкина, A.M. Братковский и др.; Под ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. Физические величины: Справочник. - М.; Энергоатомиздат, 1991. - 1232 с.

78.Справочник по специальным функциям с формулами, графиками и математическими таблицами. Под ред. М. Абрамовича и И. Стиган. Перевод с английского под ред. В.А. Диткина и Л.Н. Кармазиной. - М.; Главная редакция физико-математической литературы издательства «Наука», 1979.-831 с.

79.Н.А. Богословский, К.Д. Цэндин. Физика эффектов переключения и памяти в халькогенидных стеклообразных полупроводниках. Физика и техника полупроводников, том 46, вып. 5, 2012, С. 577 - 608.

80.Боровов Г.И. Устойчивость фазовых состояний в стеклообразных полупроводниках и устройствах памяти на их основе. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук.- М.: МЭИ, 1981.

81.R.A. Cobley and C.D. Wright. Spice modelling of PCRAM devices. IEE Proc.-Sci. Meas. Technol., Vol. 150, № 5, September 2003, P. 237 - 239.

82.X.Q. Wei, L.P. Shi, W. Rajan, R. Zhao, B.S. Quek, X.S. Miao and T.C. Chong. Universal HSPICE Model for Chalcogenide Based Phase Change Memory Elements. Conference Publications of Non-Volatile Memory Technology Symposium, 15-17 Nov., 2004, P. 88 - 91.

83.Минаев B.C., Федоров B.A. Инверсия в закономерном изменении стеклообразующей способности в халькогенидных системах. Структура, физико-химические свойства и применение некристаллических полупроводников: материалы международной конференции «Аморфные полупроводники-80», Кишинев, 1980, С. 106 - 109.

84.Минаев B.C. Критерий стеклообразования в халькогенидных системах. Доклады международной конференции «Аморфные полупроводники 78», Прага-Пардубице, 1978, С. 71 - 74.

85.БорисоваЗ.У. Халькогенидные полупроводниковые стекла- JL: Изд-во Ленингр. ун-та, 1983.

86 Juska G., Arlauskas К. Impact ionization and mobilities of charge carriers at high electric field in amorphous selenium. Phys. Stat. Sol. (A), Vol. 59, Issue 1, 1980, P. 389-393.

87.S. Kasap, J.A. Rowlands, S.D. Baranovskii, K. Tanioka. Lucky drift impact ionization in amorphous semiconductors. J. Appl. Phys., Vol. 96, № 4, 2004, P. 2037 - 2048.

88.V.I Arkhipov, S.O Kasap. Is there avalanche multiplication in amorphous semiconductors? J. of Non-Cryst. Solids, Vol. 266 - 269, Part 2, 2000, P. 959 -963.