新型相变随机存储器单元仿真系统研制

论文摘要

硫属相变随机存储器（Chalcogenide based phase-change Random Access Memory,CRAM）利用存储介质的可逆相变实现信息存储,以其优越的性能满足了存储器的高速存储、非易失性、抗辐照性等的发展需求,将成为未来存储器主流产品之一。本论文综合考虑CRAM存储机理、结构、电路设计及存储介质性能对存储特性的影响,首次结合存储元建模与仿真、存储电路设计与仿真、软件开发等技术,原创性地研制了CRAM存储单元仿真系统。首先设计了CRAM存储单元读写操作电路。写操作电路包括脉宽可调的脉冲发生电路、脉冲幅值可调的写驱动电路;读操作电路包括读电流源、读出放大器;并釆用Hspice,基于0.18μm标准逻辑CMOS工艺进行了电路仿真。其次设计、研发CRAM存储单元仿真系统,包括B/S架构、模块设计和代码分层实现。其中,系统程序集包含业务数据层、业务逻辑层、通用层、数据访问层、系统框架层、Web表现层。利用ActiveX技术、COM组件编程技术、Matlab接口编程技术等,有效地集成了电路仿真和存储元物理仿真。结果显示,仿真系统可产生脉冲宽度、幅度分别在4ns到150ns和0.25V到3V之间可调的脉冲,并可以实现自下而上、边缘接触式、工字形、加热阻层（α-C）自下而上等四种结构存储元的读、写仿真。之后基于专业安装盘制作软件InstallShield,开发了仿真系统安装包,使安装过程中自动完成组件注册、服务启动、系统配置等工作。最后,基于研发的仿真系统,对四类存储元进行了一系列仿真。结果表明:脉冲、存储介质相变参数、存储元结构对存储特性均有较大的影响;研发的仿真系统功能完善、性能良好,能对存储单元的读、写性能进行评估,是指导电路设计、存储元设计的优良仿真工具。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 相变存储技术研究
• 1.3 CRAM 的国内外研究现状
• 1.4 CRAM 仿真技术及研究方法
• 1.5 本论文主要目的及内容
• 2 CRAM 电路设计与仿真处理
• 2.1 存储单元读写操作整体电路设计
• 2.2 可调脉宽脉冲发生电路设计
• 2.3 写驱动电路设计
• 2.4 读操作电路设计
• 2.5 电路仿真处理
• 2.6 本章小结
• 3 CRAM 存储单元仿真系统设计与实现
• 3.1 系统整体架构
• 3.2 系统关键模块及工作流程
• 3.3 系统程序集设计与实现
• 3.4 仿真系统界面设计与菜单功能实现
• 3.5 系统数据库设计与实现
• 3.6 系统集成关键技术实现
• 3.7 本章小结
• 4 仿真系统安装包研制
• 4.1 安装包工程
• 4.2 关键技术的实现
• 4.3 本章小结
• 5 基于仿真系统的仿真结果及分析
• 5.1 可调脉冲仿真结论及分析
• 5.2 CRAM 存储单元读写操作仿真结果及分析
• 5.3 脉冲、存储介质、存储元结构对存储特性的影响分析
• 5.4 本章小结
• 6 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录Ⅰ攻读硕士学位期间发表的论文
• 附录Ⅱ读写操作电路网表
• 附录Ⅲ仿真系统部分关键代码