相变存储器技能根底
相变存储器（PCM）是一种非易失存储设备，它运用资料的可反转的相变来存储信息。同一物质可以在比如固体、液体、气体、冷凝物和等离子体等状况下存在，这些状况都称为相。相变存储器就是运用特别资料在不同相间的电阻差异进行作业的。本文将介绍相变存储器的根本技能与功用。
开展前史与布景
二十世纪五十年代至六十年代，Dr. Stanford Ovshinsky初步研讨无定形物质的性质。无定形物质是一类没有表现出确认、有序的结晶结构的物质。1968年，他发现某些玻璃在变相时存在可逆的电阻系数改动。1969年，他又发现激光在光学存储介质中的反射率会发作呼应的改动。1970年，他与他的妻子Dr. Iris Ovshinsky一起树立的能量转化设备（ECD）公司，发布了他们与Intel的Gordon Moore协作的成果。1970年9月28日在Electronics发布的这一篇文章描绘了世界上第一个256位半导体相变存储器。
近30年后，能量转化设备（ECD）公司与Micron Technology前副主席Tyler Lowery树立了新的子公司Ovonyx。在2000年2月，Intel与Ovonyx宣布了协作与答应协议，此份协议是现代PCM研讨与开展的初步。2000年12月，STMicroelectronics（ST）也与Ovonyx初步协作。至2003年，以上三家公司将力气会集，防止重复进行根底的、竞赛的研讨与开展，防止重复进行延伸范畴的研讨，以加速此项技能的开展。2005年，ST与Intel宣布了它们树立新的闪存公司的目的，新公司名为Numonyx。
在1970年第一份产品面世今后的几年中，半导体制造工艺有了很大的开展，这促进了半导体相变存储器的开展。同时期，相变资料也更加完善以满意在可重复写入的CD与DVD中的很多运用。Intel开发的相变存储器运用了硫属化物（Chalcogenides），这类资料包括元素周期表中的氧/硫族元素。Numonyx的相变存储器运用一种含锗、锑、碲的组成资料（Ge2Sb2Te5），多被称为GST。如今大多数公司在研讨和开展相变存储器时都都运用GST或近似的相关组成资料。今日，大部分DVD-RAM都是运用与Numonyx相变存储器运用的相同的资料。
作业原理
相变硫属化物在由无定形相转向结晶相时会表现出可逆的相变现象。如图1，在无定形相，资料是高度无序的状况，不存在结晶体的网格结构。在此种状况下，资料具有高阻抗和高反射率。相反地，在结晶相，资料具有规则的晶体结构，具有低阻抗和低反射率。
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图1 来历：Intel，Ovonyx |
相变存储器运用的是两相间的阻抗差。由电流注入发生的剧烈的热量可以引发资料的相变。相变后的资料性质由注入的电流、电压及操作时刻决议。根本相变存储器存储原理如图2所示。
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图2 相变存储原理示例 |
如图所示，一层硫属化物夹在顶端电极与底端电极之间。底端电极延伸出的加热电阻触摸硫属化物层。电流注入加热电阻与硫属化物层的连接点后发生的焦耳热引起相变。右图为此设想的实际操作，在晶体结构硫属化物层中发生了无定形相的区域。由于反射率的差异，无定形相区域出现如蘑菇菌盖的形状。
相变存储器的特性与功用
相变存储器兼有NOR-type flash、memory NAND-type flash memory和 RAM或EEpROM相关的特色。这些特色如图3的表格。
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| 图3 相变存储器的特色：这种新式非易失存储器兼有NOR、NAND和RAM的长处 |
一位可变
好像RAM或EEPROM，PCM可变的最小单元是一位。闪存技能在改动贮存的信息时要求有一步独自的擦除过程。而在一位可变的存储器中存储的信息在改动时无需独自的擦除过程，可直接由1变为0或由0变为1。
非易失性
相变存储器如NOR闪存与NAND闪存相同对错易失性的存储器。RAM需求安稳的供电来保持信号，如电池支撑。DRAM也有称为软过错的缺陷，由微粒或外界辐射导致的随机位损坏。前期Intel进行的兆比特PCM存储阵列可以保存很多数据，该试验成果表明PCM具有杰出的非易失性。
读取速度
好像RAM和NOR闪存，PCM技能具有随机存储速度快的特色。这使得存储器中的代码可以直接履行，无需中心拷贝到RAM。PCM读取反应时刻与最小单元一比特的NOR闪存适当，而它的的带宽可以比美DRAM。相对的，NAND闪存因随机存储时刻长达几十微秒，无法完结代码的直接履行。
写入/擦除速度
PCM可以到达好像NAND的写入速度，可是PCM的反应时刻更短，且无需独自的擦除过程。NOR闪存具有安稳的写入速度，可是擦除时刻较长。PCM同RAM相同无需独自擦除过程，可是写入速度（带宽和反应时刻）不及RAM。跟着PCM技能的不断开展，存储单元减缩，PCM将不断被完善。
缩放份额
缩放份额是PCM的第五个不同点。NOR和NAND存储器的结构导致存储器很难缩小体型。这是由于门电路的厚度是必定的，它需求多于10V的供电，CMOS逻辑门需求1V或更少。这种缩小通常被成为摩尔定律，存储器每缩小一代其密布程度进步一倍。跟着存储单元的缩小，GST资料的体积也在缩小，这使得PCM具有缩放性。
定论
相变存储器是一种很有开展前景的存储技能，近年来再次引起了研讨人员的留意。相变存储器运用可逆的相变现象，经过两相间的阻抗差异来存储信息。Numonyx的前期作业和获得的开展，将该技能面向了可读写存储范畴的前沿。相变存储器集成了NOR闪存、NAND闪存、EEPROM和RAM的特性于一体，这些功用连同存储系统低耗用的潜能，将可以在广泛地发明出新的使用和存储架构。
