相变存储器 (PCM) 技术介绍

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PCM（Phase-Change Memory 相变存储器）属于新型电阻式存储器，其存储元件工作原理及对 CMOS 工艺集成度的影响，与浮栅存储器存在显著差异。任何浮栅存储器（EEPROM、FLASH、NAND、ESF3、ESTM等）均基于浮栅（作为串联电容）注入或移除电荷时引起的检测晶体管阈值变化；所有电阻式存储器（PCM、ReRAM、MRAM等）则基于存储于后端元件中的“高电阻与低电阻”信息状态。此处，后端指硅工艺中接触层以上的部分，包括金属层。

相变存储器工作原理

PCM的工作原理基于GST材料的独有特性，GST是由锗、锑和碲按化学计量比组成的合金，能够通过注入形状和强度适当的电流脉冲所调制的焦耳效应改变其电阻率。下图示意性地展示了PCM存储元件的基本结构和工作原理。PCM存储元件的基本结构由连接到加热器的底电极、其上方的无约束相变层（由GST合金构成）以及顶电极组成。

GST的两种写入状态为非晶态（高电阻或复位）和晶态（低电阻或置位），其中晶态代表材料趋向达到的稳定状态。通过施加方向（极性）始终相同、幅值和波形均适当的电流脉冲，GST可实现非晶态与晶态之间的双向转换。这项特性是PCM单元区别于其他电阻型NVM的关键优势，具体如下文中所述。

技术结合优势

将PCM技术应用于存储，作为一种创新解决方案来满足嵌入式处理应用的严苛要求。相较于采用传统的浮置栅极eNVM的体效应CMOS，这种结合的优势显著。它在提供更大存储器容量和更高集成度的同时，提高了性能并降低了功耗。

稳健可靠

PCM技术经过开发和测试，可满足高温运行、抗辐射和数据保留要求。PCM的工作温度高达+165C，可满足AEC-Q100 0级汽车行业要求。

与传统技术相比的优势

如今许多先进的微控制器使用40 nm的体效应eNVM技术。搭配ePCM带来了显著的改进：

性能-功耗比提高了50%以上

非易失性存储器小了2.5倍

数字密度提高了3倍

RF噪声改善了3dB

这将给各种微控制器带来好处，提高无线器件的性能并实现超低功耗。

存储器方面的优势

与基于Flash的eNVM相比，PCM可提供明显更高的存储器容量。由于具有单比特位可变更性，PCM技术还可以提供更好的写入性能和毫不逊色的读取性能。

感谢，大家支持。如果开发者希望获取基于PCM技术的EEPROM测试样片，可以私信我。