Регистрация / Вход
Прислать материал

Разработка конструктивно-технологических решений, анализ и исследование элементов перспективных типов памяти нового поколения большой емкости типа фазовой (PCM), сегнетоэлектрической (FRAM), магниторезистивной (MRAM)

Номер контракта: 14.575.21.0096

Руководитель: Тимошенков Сергей Петрович

Должность руководителя: заведующий кафедрой Микроэлектроника

Докладчик: Шерченков Алексей Анатольевич, Профессор

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
энергонезависимые запоминающие устройства большой емкости, фазовая память, неупорядоченные полупроводники, халькогенидные стеклообразные полупроводники, квазибинарный разрез gete-sb2te3, ge2sb2te5, легирование, примесное замещение, электрофизические свойства, оптические свойства, термические свойства, электрическое переключение, технология создания памяти нового поколения

Цель проекта:
Разработка комплекса научно-технических решений по созданию энергонезависимой памяти нового поколения типа MRAM, FRAM и PCM большой емкости.

Основные планируемые результаты проекта:
1. Аналитический обзор состояния разработок и достижений в области фазовой памяти и патентные исследования.
2. Конструктивно-технологические решения создания энергонезависимой памяти нового поколения типа PCM, FRAM и MRAM большой емкости.
3. Лабораторный технологический регламент изготовления многослойных структур ячеек памяти типа PCM для создания энергонезависимой памяти нового поколения большой емкости.
4. Технологические решения по изготовлению энергонезависимой памяти нового поколения типа РСМ.
5. Лабораторный технологический регламент изготовления энергонезависимой памяти нового поколения типа PCM.
6. Программа и методики проведения экспериментальных исследований экспериментальных образцов энергонезависимой памяти большой ёмкости типа PCM.
7. Технологические решения по интеграции технологии изготовления многослойных структур ячеек памяти типа PCM в КМОП КНИ в технологический процесс уровня 0,18 мкм и выше
8. Технические требования и предложения по разработке, производству и эксплуатации продукции с учетом технологических возможностей и особенностей индустриального партнера - организации реального сектора экономики
9. Сформулированные технические требования в виде Проекта технического задания на проведение ОТР по теме: «Разработка технологии изготовления энергонезависимой памяти нового поколения типа PCM, FRAM и MRAM большой емкости».
10. Рекомендации по использованию результатов проведенных ПНИ в реальном секторе экономики, а также в дальнейших исследованиях и разработках

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Фазовая память обладает рядом существенных преимуществ по сравнению с широко распространенной на сегодняшней день флэш-памятью, например, высоким быстродействием, большим количеством циклов перезаписи, хорошей масштабируемостью.
Энергонезависимая память типа РСМ должна отвечать следующим параметрам:
- емкость памяти должна быть не менее 1 Мбит;
- длительность хранения информации не менее 20 лет;
- количество циклов запись/стирание не менее 1 млн.
- время обработки информации не более 1 мкс.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Разработка технологии создания энергонезависимой памяти нового поколения и запуск ее производства должно обеспечить не только замещение уже используемой NAND-флэш на рынке, но и заполнение новых секторов, где NAND-флэш в силу своих недостатков не может применяться, например, из-за низкой радиационной стойкости в военной, космической технике и атомной промышленности, или из-за низкой скорости записи информации в качестве динамической памяти. Широта практического применения результатов работы определяется тем, что фазовая память подходит для целого спектра применений: от электронной техники массового потребления (мобильные телефоны, плееры, цифровые фото- и видеокамеры, ноутбуки, смартфоны, планшеты и т.д.) до приборов, предназначенных для авиастроения, космической отрасли, военной техники и т.д. При этом за счет высокой скорости записи информации, устройства фазовой памяти могут быть использованы не только как постоянные запоминающие устройства, но и как оперативные.
Устройства фазовой памяти, в отличие от широко распространенного вида памяти DRAM, является энергонезависимой и поэтому может использоваться в качестве архивной. По сравнению с широко распространенной флэш-памятью фазовая память имеют большее число циклов запись/стирание, скорость обработки данных, радиационную стойкость масштабируемость и меньшую стоимость.

Текущие результаты проекта:
В ходе выполнения 1 этапа проекта в полной мере решены все поставленные задачи.
1. Выполнен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методиче-ской литературы в области разработки энергонезависимых запоминающих устройств. Проведена оценка рынка запоминающих энергонезависимых устройств. Рассмотрены принципы действия и перспективы разработки нового поколения энергонезависимой памяти типа MRAM, FRAM, PCM. Рассмотрены перспективные структуры ячеек фазовой памяти.
2. Проведены патентные исследования в соответствие с ГОСТ Р 15.011–96 в области перспек-тивных энергонезависимых видов памяти нового поколения типа MRAM, FRAM, PCM.
3. Проведены теоретические исследования перспективных материалов и их структур для созда-ния энергонезависимой памяти типа PCM. Сделан выбор и обоснование направления исследования и возможных вариантов реализации научно-технических решений. На основе анализа литературных данных и имеющегося собственного опыта исследований сделан предварительный выбор перспек-тивных материалов для энергонезависимой памяти нового поколения PCM. Показано, что перспек-тивными материала для устройств фазовой памяти являются халькогенидные соединения, лежащие на линии квазибинарного разреза Sb2Te3 – GeTe (Ge2Sb2Te5, GeSb2Te4 и GeSb4Te7). По совокупности свойств – времени фазового перехода, стабильности свойств, температуре плавления, которая опре-деляет необходимую мощность и величину тока программирования, количеству возможных циклов запись/стирание - наиболее перспективным является соединение Ge2Sb2Te5.
4. Проведены экспериментальные исследования перспективных материалов и эксперименталь-ных структур на их основе для создания энергонезависимой памяти типа PCM, в том числе исследо-ваны химический состав, структура и термические свойства тонких пленок на основе соединений, лежащие на линии квазибинарного разреза Sb2Te3 – GeTe (Ge2Sb2Te5, GeSb2Te4 и GeSb4Te7). Показа-но, что состав получаемых пленок близок к составу исходного материала требуемого состава. Уста-новлены фазовые превращения при отжиге осажденных пленок. Установлены температуры фазовых переходов при нагреве осажденных пленок.
В ходе выполнения 2 этапа проекта в полной мере решены все поставленные задачи.
1. Сделан выбор перспективных материалов для энергонезависимой памяти нового поколения типа FRAM и MRAM по результатам аналитического обзора научно-технической литературы перспективных материалов и их структур.
2 Проведены экспериментальные исследования перспективных материалов и экспериментальных структур на их основе для создания энергонезависимой памяти типа PCM, в том числе исследованы свойства тонких пленок, включая термические, электрофизические, структурные свойства, исследованы морфология поверхности и химический состав. Исследование термических свойств тонких пленок Ge2Sb2Te5 с помощью дифференциальной сканирующей калориметрии показал, что температура кристаллизации слоев имеет высокую воспроизводимость (не хуже ±0,8%) и составляет 140,4°С, что отвечает требованиям Технического задания Соглашения (120 – 170 °С). Исследование электрофизических характеристик тонких пленок показало, что соотношение удельных сопротивлений слоев Ge2Sb2Te5 в аморфном и кристаллическом состояниях превышает 104, что отвечает требованиям Технического задания Соглашения (более 103). Установлены фазовые превращения при нагреве осажденных пленок Ge2Sb2Te5. Исследовано влияние термообработки на морфологию поверхности тонких пленок Ge2Sb2Te5. Установлено, что состав осаждаемых пленок близок к требуемому составу Ge2Sb2Te5.