一、相变存储器的事情事理
相变存储器（Phase Change Random Access Memory, 简称PCRAM）的基本构造如图1所示，相变存储器的基本存储事理是在器件单元上施加不同宽度和高度的电压或电流脉冲旗子暗记，使相变材料发生物理相态的变革，即晶态（低阻态）和非晶态 （高阻态）之间发生可逆相变相互转换，从而实现信息的写入 （“１”）和擦除（“０”）操作。相互转换过程包含了晶态到非晶态的非晶化转变以及非晶态到晶态的晶化转变两个过程，个中前者被称为非晶化过程，后者被称为晶化过程。然后依赖丈量比拟两个物理相态间的电阻差异来实现信息的读出，这种非毁坏性的读取过程，能够确保准确地读出器件单元中已存储的信息。
相变材料在晶态和非晶态的时候电阻率差距相差几个数量级，使得其具有较高的噪声容限，足以区分“ 0”态和“ 1”态。目前各机构用的比较多的相变材料是硫属化物（英特尔为代表）和含锗、锑、碲的合成材料（GST），如Ge2Sb2Te5（意法半导体为代表）。
图1: PCRAM构造示意图
二、相变存储器的技能特点
相变存储用具有很多优点，比如可嵌入功能强、精良的可反复擦写特性、稳定性好以及和ＣＭＯＳ工艺兼容等。到目前为止，还未创造ＰＣＲＡＭ 有明确的物理极限，研究表明相变材料的厚度降至２ｎｍ时，器件仍旧能够发生相变。因而，ＰＣＲＡＭ 被认为是最有可能办理存储技能问题、取代目前主流的存储产品，成为未来通用的新一代非挥发性半导体存储器件之一。
相变存储器提高存储容量的办法有两种：一种是三维堆叠，还有一种是多值技能。英特尔和美光重点打破的是三维堆叠技能，而IBM在多值存储领域取得了打破性进展。
图2：PCRAM打破存储容量的两大技能方向：三维堆叠和多值存储
三维堆叠技能通过芯片或器件在垂直方向的堆叠，可以显著增加芯片集成度，是延续摩尔定律的一种主要技能。交叉堆叠(cross point)的三维存储构造被广泛运用于非易失落存储器，英特尔和美光共同研发的3D Xpoint技能，便是一种三维交叉堆叠型相变存储器。当前，三维新型非易失落存储器的研究紧张集中在器件和阵列层面。与传统的二维存储器不同，三维相变存储器采取了新型的双向阈值开关（Ovonic Threshold Switch，OTS）器件作为选通器件(selector)。根据OTS器件的物理特性和三维交叉堆叠阵列构造的特点，三维交叉堆叠型相变存储器采取一种V/2偏置方法以实现存储单元的操作。
IBM是相变存储器多值存储技能的推进者，其每个存储单元都能永劫光可靠地存储多个字节的数据。为了实现多位存储，IBM的科学家开拓出了两项创新性的使能技能：一套不受偏移影响单元状态丈量方法以及偏移容错编码和检测方案。更详细地说，这种新的单元状态丈量方法可丈量PCRAM单元的物理特性，检测其在较永劫光内是否能保持稳定状态，这样的话其对偏移就会不敏感，而偏移可影响此单元的长期电导率稳定性。为了实现一个单元上所储存的数据在环境温度颠簸的情形下仍能得到额外的稳健性（additional robustness），IBM的科学家采取了一种新的编码和检测方案。这个方案可以通过自适应办法修正用来检测此单元所存储数据的电平阈值，使其能随着温度变革引起的各种颠簸而变革。因此，这种存储器写入程序后，在相称长的韶光内都能可靠地读取单元状态，从而可供应较高的非易失落性。
三、国内外相变存储器的最新研究进展
目前国内外有不少企业和科研机构都在研究相变存储器，但由于PCRAM技能还有很多难点有待占领，故大多机构的研发进展并不顺利，国外PCRAM知识产权紧张被索尼、三星、IBM、美光四家公司所垄断，能实现小规模量产的只有三星、美光等外洋大公司，以及海内里科院上海微系统所与信息技能研究所。近期IBM方流传宣传其在PCRAM领域取得了重大打破，其利用能够以多种不同的电阻级别来实现每单元3 bit（即8个电阻级别）的容纳能力，其速率比NAND快70倍，读取延迟仅为1微秒，是DRAM的十倍，写入周期长达100万次。
图3：国外PCRAM的紧张研发机构
海内目前对PCRAM技能的研究机构紧张有中国科学院上海微系统与信息技能研究所、华中科技大学等。中国科学院上海微系统与信息技能研究所创造了比国际量产的Ge-Sb-Te性能更好的Ti-Sb-Te自主新型相变存储材料；自主研发了具有国际前辈水平的双沟道隔离的4F2高密度二极管技能；开拓出了我国第一款8Mb PCRAM试验芯片；所开拓的基于0.13umCMOS工艺的打印机用嵌入式PCRAM产品已得到首个750万颗的订单；所开拓的基于40nm高密度二极管技能、具有最小单元尺寸的自读存储器已经开始送样；所研制的40nm节点PCRAM试验芯片的单元成品率最高达99.999%以上，乃至有不加改动4Mb、64Mb PCRAM芯片，现已供应客户在前辈信息系统上试用。华中科技大学研制成功容量为1Mb的PCRAM芯片，相变速率达到同期环球最快（0.2ns）。
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