Mysteriet om faseændring i sub-nanosekund-oktaedre strukturmotiv

Phase Change Random Access Memory (PCRAM) er blevet anvendt med succes i computerens lagerarkitektur, som lagerklassehukommelse, at bygge bro over ydeevnegabet mellem DRAM og Flash-baseret solid-state-drev på grund af dets gode skalerbarhed, 3-D integrationsevne, hurtig driftshastighed og kompatibel med CMOS-teknologi. Med fokus på faseændringsmaterialer og PCRAM i årtier, vi har med succes udviklet 128 Mb indlejrede PCRAM-chips, som kan opfylde kravene i de fleste indlejrede systemer.

3-D Xpoint (3-D PCRAM), opfundet af Intel og Micron, er blevet betragtet som et nyt gennembrud i de sidste 25 år siden anvendelsen af ​​NAND i 1989, som repræsenterer state-of-the-art hukommelsesteknologi. Denne teknologi har nogle bemærkelsesværdige funktioner, såsom den indelukkede enhedsstruktur med 20 nm størrelse, metaltværstangselektroderne for at reducere modstandsvariationerne i PCRAM-arrays, og den ovoniske tærskelomskiftervælger, der kan give en høj drivstrøm og en lav lækstrøm. En god forståelse af faseændringsmekanismen er til stor hjælp til at designe nye faseændringsmaterialer med høj driftshastighed, lavt strømforbrug og lang levetid.

I et nyligt papir offentliggjort i SCIENCE KINA Informationsvidenskab , forskere gennemgik udviklingen af ​​PCRAM og forskellige forståelser af faseændringsmekanismer i de seneste år, og har foreslået et nyt syn på mekanismen, som er baseret på de oktaedriske strukturmotiver og ledige stillinger.

Octaedriske strukturmotiver findes generelt i både amorfe og krystallinske faseændringsmaterialer. De anses for at være de grundlæggende enheder under faseovergang, som er alvorligt defekte i den amorfe fase. Disse konfigurationer bliver til mere ordnede efter mindre lokale omarrangeringer, hvis vækst resulterer i krystallisation af stensalt (RS) fase med en stor mængde ledige pladser i kationstederne. Yderligere drevet af termodynamisk drivkraft, disse ledige stillinger bevæger sig og lagde sig langs bestemte retninger; følgelig, den metastabile RS-struktur forvandles til den stabile hexagonale (HEX) struktur. Baseret på resultaterne, forskerne fandt, at den reversible faseovergang mellem den amorfe fase og RS-fasen, uden yderligere at skifte til HEX-fasen, ville reducere det nødvendige strømforbrug betydeligt. Robuste oktaedre og masser af ledige stillinger i både den amorfe og RS fase, henholdsvis undgå store atomare omarrangering og tilvejebringe nødvendig plads, er afgørende for at opnå nanosekund eller endda sub-nanosekund drift af PCRAM.