相变存储器(PCM)技术基础.
相变存储器材料研究综述
相变存储器材料研究1相变存储器介绍相变存储器（PCM）是一种非易失存储设备，它利用材料的可逆转的相变来存储信息。
相变存储器有高读写速度、寿命长，存储稳定,、工艺简单，潜力大，所以相变存储器被认为最有可能取代当今主流存储器而成为未来存储器的主流产品。
2相变存储器原理及设备相变存储器利用电能（热量）使相变材料在晶态（低阻）与非晶态（高阻）之间相互转换，实现信息的读取、写入和擦除，工作原理是将数据的写入和读取分为3个过程—分别是“设置（Set）”、“重置（Reset）”和“读取（Read）”。
“Set”过程就是施加一个宽而低的脉冲电流于相变材料上,使其温度升高到晶化温度Tx以上、熔点温度Tm以下，相变材料形核并结晶，此时相变材料的电阻较低，代表数据“1”。
“Reset”过程就是施加一个窄而强的脉冲电流于相变材料上，使其温度升高到熔点温度Tm以上，随后经过一个快速冷却的淬火过程（降温速率＞109K/s）,相变材料从晶态转变成为非晶态，此时相变材料的电阻很高，代表数据“0”。
“Read”过程则是在器件2端施加低电压，如果存储的数据是“0”，那么器件的电阻较高，因而产生的电流较小，所以系统检测到较小的电流回馈时就判断是数据“0”；如果存储的数据是“1”，那么器件的电阻较低，因而产生的电流较大，所以系统检测到较大的电流回馈时就判断是数据“1”。
图1是相变存储器的工作原理。
图1 相变存储器的工作原理3GST材料相变机理作为相变存储器的存储介质, 相变材料性能的优劣直接关系到器件性能。
相变存储器中最为核心的是以硫系化合物为基础的相变材料。
其中Ge2Sb2Te5(GST) 相变材料是到目前为止使用和研究最广泛的相变材料, 并已经实现了产品应用。
虽然工业界已经将GST作为相变存储器的存储介质实现了产品和应用, 但是对于GST为何在纳秒甚至皮秒量级的时间内实现非晶态和晶态的可逆相变仍然未有统一的结论。
主要原因是非晶态GST中原子排列是无序的,传统晶体学的理论和结构研究方法已不适用,因而对GST的非晶态很难获得一个清晰的认识, 更不能得到可逆相变过程中微观结构的变化。
相变存储器(PCM)技术基础.
相变存储器（PCM）技术基础相变存储器（PCM）技术基础类别：存储器相变存储器技术基础相变存储器（PCM）是一种非易失存储设备，它利用材料的可逆转的相变来存储信息。
同一物质可以在诸如固体、液体、气体、冷凝物和等离子体等状态下存在，这些状态都称为相。
相变存储器便是利用特殊材料在不同相间的电阻差异进行工作的。
本文将介绍相变存储器的基本技术与功能。
发展历史与背景二十世纪五十年代至六十年代，Dr.Stanford 1968年，他发现某些玻璃在变相时存在可逆的电阻系数变化。
1969年，他又发现激光在光学存储介质中的反射率会发生响应的变化。
1970年，他与他的妻子Dr.Iris Intel的Gordon Moore合作的结果。
1970年9月28日在Electronics发布的这一篇文章描述了世界上第一个256位半导体相变存储器。
近30年后，能量转换装置（ECD）公司与Micron Technology前副主席Tyler Lowery建立了新的子公司Ovonyx。
在2000年2月，Intel与Ovonyx发表了合作与许可协议，此份协议是现代PCM研究与发展的开端。
2000年12月，STMicroelectronics（ST）也与Ovonyx开始合作。
至2003年，以上三家公司将力量集中，避免重复进行基础的、竞争的研究与发展，避免重复进行延伸领域的研究，以加快此项技术的进展。
2005年，ST与Intel发表了它们建立新的闪存公司的意图，新公司名为Numonyx。
在1970年第一份产品问世以后的几年中，半导体制作工艺有了很大的进展，这促进了半导体相变存储器的发展。
同时期，相变材料也愈加完善以满足在可重复写入的CD与DVD中的大量使用。
Intel开发的相变存储器使用了硫属化物（Chalcogenides），这类材料包含元素周期表中的氧/硫族元素。
Numonyx的相变存储器使用一种含锗、锑、碲的合成材料（Ge2Sb2Te5），多被称为GST。
PCM通信设备基本原理ppt课件
02 PCM基本帧结构
帧结构：指一帧周期中时隙的安排。每帧分为32个时隙（0 — 31号）。 a.TS1-TS15，TS17-TS31（共30路时隙用于传话音） b.每个时隙传PCM8位编码 c.TS0传帧同步码 d.TS16传信令，即呼叫、应答等。
16帧 ， 2.0 ms 复 帧 结 构 F0 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12 F13 F14 F15
0 0 0 0 1 A2 1 1
话路 (C时H1隙6 ~ CH 29)
帧同步信号
复帧同
备用
步信号
比特
CH 3 0
3 .9 1 s
488 ns
奇帧 T S0 × 1 A1 1 1 1 1 1
保留给 国内通信用
F1 a b c d a b c d
CH 1
CH 1 6
F2 a b c d a b c d
02 PCM复帧
02 时分多路复用
时分多路复用的概念： 目前多路复用方法中用得最多的有两大类：频分多路复用（FDM）
和时分多路复用(TDM)。频分多路复用一般用于模拟通信；时分多路 复用一般用于数字通信。
所谓时分多路复用（即时分制）是利用各路信号在信道上占有不 同的时间间隔的特征来分开各路信号的。
02 时分多路复用
0 0 0 0 1 A2 1 1
话路 (C时H1隙6 ~ CH 29)
帧同步信号
复帧同
备用
步信号
比特
CH 3 0
3 .9 1 s
488 ns
奇帧 T S0 × 1 A1 1 1 1 1 1
保留给 国内通信用
F1 a b c d a b c d
CH 1
相变存储器的原理和发展
相变存储器的原理和发展相变存储器，作为一种新型存储器，正在逐渐成为人们关注的热门话题。
相比于传统的存储器技术，相变存储器由于具有高密度、高可靠性、低功耗等特点，正在逐渐走向成熟。
在这篇文章中，我们将会探讨相变存储器的原理和发展。
一、相变存储器的原理相变存储器（Phase Change Memory，PCM）是一种通过将物质的状态从一个相转变到另一个相来实现存储和擦除信息的存储器。
它具有非易失性、快速读写、高密度、低功耗等优点，而且不会受到电磁干扰的影响。
相变存储器的基本原理是利用材料的相变来存储信息。
在相变存储器中，通过在材料中通入电流，可以将材料由非晶态（amorphous）转变为结晶态（crystalline），或者由结晶态转变为非晶态，从而实现信息的存储和擦除。
相变存储器由一个导电介质薄膜和一层相变材料薄膜组成。
当通入电流时，相变薄膜的温度会上升，从而引起相变。
相变后，材料的导电性和抗电性会发生明显变化，这种变化被采集和存储在导电介质薄膜中。
从而实现了信息的存储。
相变存储器的最大特点是它可以在非常短的时间内进行快速的写和读操作。
相变薄膜的相变速度很快，写入时间只需要几十纳秒，读取时间也只需要几纳秒。
同时，相变存储器还具有非常高的可靠性，因为相变材料可以进行无限次的相变。
二、相变存储器的发展相变存储器的历史可以追溯到上世纪60年代，但要真正进入实用化的阶段还有很长的路要走。
在过去的几十年中，相变存储器的研究一直处于实验室阶段。
直到近年来，随着存储技术的进一步发展，相变存储器才开始逐渐受到人们的关注。
在过去的几年中，相变存储器已经从实验室阶段进入了产品研发阶段。
英特尔公司已经推出了一款基于相变存储器的高速固态硬盘（SSD），号称可以提供比传统硬盘更快的读写速度和更高的可靠性。
同时，三星、东芝、半导体制造商Micron等公司也在积极推进相变存储器技术的研发。
相比于传统的NAND闪存存储器，相变存储器具有更高的存储密度和更快的访问速度。
相变存储器及其应用研究进展
相变存储器及其应用研究进展一、引言随着信息技术的快速发展，存储器作为计算机硬件的重要组成部分之一，越来越受到人们的关注。
相变存储器由于其存储密度高和功耗低等优点，成为了摆脱传统存储技术瓶颈的解决方案之一。
本文将从相变存储器技术的特点、应用、发展状况等方面进行讨论。
二、相变存储器的特点与原理相变存储器（Phase-change Memory，PCM）属于非易失性存储器。
相变存储器是利用相变物质（如GeSbTe、GeSbSe等）的物理性质，通过在相变物质中引入热脉冲或电脉冲，使相变物质从一种状态转变为另一种状态来实现存储的过程。
相变存储器的主要特点如下：1. 存储密度高。
相变存储器是一种三维存储结构，可以将多个存储单元集成在一个芯片中，从而实现更高的存储密度。
2. 速度快。
相变存储器读写速度可以达到纳秒级别，比传统的闪存存储器快很多。
3. 功耗低。
相变存储器的读写操作不需要外部电源，只需要少量电能激活相变物质即可，因此功耗非常低。
4. 非易失性。
相变存储器存储的数据具有非易失性，可以长期保存且不需要外部电源维持。
相变存储器的原理是通过在相变物质中施加电流或热脉冲，让相变物质的结构发生相变。
相变物质的电阻率随着结构状态的变化而变化，从而记录了数据。
相变材料的相变状态包括两种，一种是无序状态，另一种是有序状态。
在有序状态下，电阻率低，储存为0；在无序状态下，电阻率高，代表储存为1。
不同相变物质的相变状态转换温度不同。
通过控制施加电流或热脉冲的时间和强度，就可以实现相变存储器的读写操作。
三、相变存储器的应用研究进展相变存储器技术的应用潜力非常大，在计算机硬件领域具有广泛的应用前景。
下面将从相变存储器在计算机存储、人工智能和物联网等方面的应用以及相关技术的发展状况进行讨论。
1. 计算机存储相变存储器的高速读写和高存储密度等特点使其成为新一代计算机存储器的重要组成部分。
相变存储器不但可以替代传统磁盘驱动器、闪存盘等存储设备，还能够贡献于新型高速计算机的处理速度。
相变存储器和量子计算机技术
相变存储器和量子计算机技术随着科技的不断进步和发展，计算机技术也在不断地升级和进化。
其中，相变存储器和量子计算机技术是当前最热门的话题之一。
本文将对这两种技术进行介绍和探讨。
一、相变存储器相变存储器（PCM）是一种新型的非易失性存储器，它采用的是相变材料作为存储介质。
相变材料是指在一定温度下能够在不同的晶相之间发生相变的材料，比如GST（锗锑碲）。
其特点是具有快速的读写速度，高容量和低功耗。
PCM的读写速度比传统的闪存快了几百倍，功耗却只有其1%的左右。
这种性能，一方面可以助力于现有计算机的更高效率；另一方面则可以为一些移动设备和IoT等拥有功耗要求的场合带来更长的续航能力。
除了应用方面的好处以外，相变存储器还有一个非常有意思的特点，那就是它可以用来进行机器学习等计算机智能方向的研究。
研究人员利用PCM的相变特性，将一些训练好的神经网络模型存储在其中，并利用其相变响应特点，完成了一些机器学习任务的计算。
不仅如此，在一些特殊情况下，PCM的相变性质还可以用来进行数值计算，比如解方程和近似求根等。
这一方向还有很多探索和进一步研究的空间，可以为未来的计算机技术发展带来更多可能性。
二、量子计算机技术量子计算机技术是另一种被誉为“下一代计算机”的技术。
它可以利用量子比特（qubit）的量子叠加和纠缠等特性，在短时间内完成相对复杂的计算任务。
相较于经典计算机，在一些特定场合下，量子计算机能够展现出优势，并可以解决一些经典计算机无法解决的问题。
比如，有一个经典问题非常经典，那就是旅行商问题（TSP）。
这个问题是一个NP难问题，需要在给定的城市中，找到每个城市间的最短回路，而这个时间复杂度随着城市数目的增加，甚至爆炸式增长。
经典计算机很难解决这个问题，而量子计算机却能够通过量子并行和量子演化的方式，在短时间内找到最优解。
这个问题，除了可以用来解决旅游规划等现实问题外，还可以用来对量子计算机的性能进行评估和测试。
相变存储器的工作原理
相变存储器的工作原理相变存储器是一种新型的非易失性存储器，具有电阻式随机存取存储器（Resistive Random-Access Memory，RRAM）或相变存储（Phase-Change Memory，PCM）的别名。
相较于传统的存储器，它具有更高的存储密度、更快的读写速度和更低的功耗，被广泛认为是未来存储器的发展方向之一。
本文将详细介绍相变存储器的工作原理，并从相变材料、电阻调制和读取操作三个方面进行阐述。
一、相变材料相变存储器采用了特定的相变材料，最常见的是硫化锌（ZnS）和掺硅锗（Ge2Sb2Te5）。
这类材料是一种非晶态和结晶态之间可逆转变的物质，能够在电流的刺激下发生相变。
相变材料的特殊结构和成分决定了存储器的工作性能。
二、电阻调制相变存储器的工作原理基于相变材料在不同电阻状态下的相变特性，通过改变相变材料的电阻来实现数据的写入和存储。
具体来说，当相变材料处于非晶态时，其电阻较高，表示存储位为逻辑“0”；而当相变材料转变为结晶态时，其电阻较低，表示存储位为逻辑“1”。
这种电阻的调制过程是可逆的，能够实现多次读写操作。
三、读取操作相变存储器的读取操作是通过测量存储位的电阻来实现的。
一般来说，读取操作是非破坏性的，即不会改变存储位的状态。
通过在相变存储器上施加一定的电压，可以测量存储位的电阻大小，从而确定其状态。
例如，当读取操作的电压小于设定阈值时，可将存储位判定为逻辑“0”；反之，当读取操作的电压大于设定阈值时，可将存储位判定为逻辑“1”。
四、应用前景相变存储器具有许多优点，使其在未来的存储器应用中具有广阔的前景。
首先，相变存储器的存储密度非常高，可以将更多的存储单元集成在一个芯片上，提高存储器的容量。
其次，相变存储器的读写速度快，可以实现更快的数据传输和处理。
再次，相变存储器的功耗低，比传统存储器更加节能环保。
此外，相变存储器还具备较长的存储寿命和较高的工作温度范围，适用于各种场景的应用。
PCM
PCM:中文称脉码调制，由A.里弗斯于1937年提出的，这一概念为数字通信奠定了基础，60年代它开始应用于市内电话网以扩充容量，使已有音频电缆的大部分芯线的传输容量扩大24～48倍。
到70年代中、末期，各国相继把脉码调制成功地应用于同轴电缆通信、微波接力通信、卫星通信和光纤通信等中、大容量传输系统。
80年代初，脉码调制已用于市话中继传输和大容量干线传输以及数字程控交换机，并在用户话机中采用在光纤通信系统中，光纤中传输的是二进制光脉冲“0”码和“1”码，它由二进脉冲编码调制制数字信号对光源进行通断调制而产生。
而数字信号是对连续变化的模拟信号进行抽样、量化和编码产生的，称为PCM（Pulse-code modulation），即脉冲编码调制。
这种电的数字信号称为数字基带信号，由PCM电端机产生。
现在的数字传输系统都是采用脉码调制（Pulse-code modulation）体制。
PCM最初并非传输计算机数据用的，而是使交换机之间有一条中继线不是只传送一条电话信号。
PCM有两个标准（表现形式）即E1和T1。
中国采用的是欧洲的E1标准。
T1的速率是1.544Mbit/s，E1的速率是2.048Mbit/s。
脉冲编码调制可以向用户提供多种业务，既可以提供从2M到155M速率的数字数据专线业务，也可以提供话音、图象传送、远程教学等其他业务。
特别适用于对数据传输速率要求较高，需要更高带宽的用户使用。
发展史脉冲编码调制是70年代末发展起来的，记录媒体之一的CD，80年代初由飞利浦和索尼公司共同推出。
脉码调制的音频格式也被DVD-A所采用，它支持立体声和5.1环绕声，1999年由DVD脉冲编码调制讨论会发布和推出的。
脉冲编码调制的比特率，从14-bit发展到16-bit、18-bit、20-bit直到24-bit；采样频率从44.1kHz发展到192kHz。
PCM脉码调制这项技术可以改善和提高的方面则越来越来小。
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相变存储器（PCM）技术基础
相变存储器（PCM）技术基础
类别：存储器
相变存储器技术基础相变存储器（PCM）是一种非易失存储设备，它利用材料的可逆转的相变来存储信息。
同一物质可以在诸如固体、液体、气体、冷凝物和等离子体等状态下存在，这些状态都称为相。
相变存储器便是利用特殊材料在不同相间的电阻差异进行工作的。
本文将介绍相变存储器的基本技术与功能。
发展历史与背景二十世纪五十年代至六十年代，Dr.Stanford 1968年，他发现某些玻璃在变相时存在可逆的电阻系数变化。
1969年，他又发现激光在光学存储介质中的反射率会发生响应的变化。
1970年，他与他的妻子Dr.Iris Intel的Gordon Moore合作的结果。
1970年9月28日在Electronics发布的这一篇文章描述了世界上第一个256位半导体相变存储器。
近30年后，能量转换装置（ECD）公司与Micron Technology前副主席Tyler Lowery建立了新的子公司Ovonyx。
在2000年2月，Intel与Ovonyx发表了合作与许可协议，此份协议是现代PCM研究与发展的开端。
2000年12月，STMicroelectronics（ST）也与Ovonyx开始合作。
至2003年，以上三家公司将力量集中，避免重复进行基础的、竞争的研究与发展，避免重复进行延伸领域的研究，以加快此项技术的进展。
2005年，ST与Intel发表了它们建立新的闪存公司的意图，新公司名为Numonyx。
在1970年第一份产品问世以后的几年中，半导体制作工艺有了很大的进展，这促进了半导体相变存储器的发展。
同时期，相变材料也愈加完善以满足在可重复写入的CD与DVD中的大量使用。
Intel开发的相变存储器使用了硫属化物（Chalcogenides），这类材料包含元素周期表中的氧/硫族元素。
Numonyx的相变存储器使用一种含锗、锑、碲的合成材料（Ge2Sb2Te5），多被称为GST。
现今大多数公司在研究和发展相变存储器时都都使用GST或近似的相关合成材料。
今天，大部分DVD-RAM都是使用与Numonyx相变存储器使用的相同的材料。
工作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，材料是高度无序的状态，不存在结晶体的网格结构。
在此种状态下，材料具有高阻抗和高反射率。
相反地，在结晶相，材料具有规律的晶体结构，具有低阻抗和低反射率。
图1 来源：Intel，Ovonyx 相变存储器利用的是两相间的阻抗差。
由电流注入产生的剧烈的热量可以引发材料的相变。
相变后的材料性质由注入的电流、电压及操作时间决定。
基本相变存储器存储原理如图2所示。
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接触硫属化物层。
电流注入加热电阻与硫属化物层的连接点后产生的焦耳热引起相变。
右图为此构想的实际操作，在晶体结构硫属化物层中产生了无定形相的区域。
由于反射率的差异，无定形相区域呈现如蘑菇菌盖的形状。
相变存储器的特性与功能相变存储器兼有NOR-type flash、memory EEPROM相关的属性。
这些属性如图3的表格。
图3 相变存储器的
属性：这种新型非易失存储器兼有NOR、NAND和RAM的优点一位可变
如同RAM或EEPROM，PCM可变的最小单元是一位。
闪存技术在改变储存的信息时要求有一步单独的擦除步骤。
而在一位可变的存储器中存储的信息在改变时无需单独的擦除步骤，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闪存一样是非易失性的存储器。
RAM需要稳定的供电来维持信号，如电池支持。
DRAM也有称为软错误的缺点，由微粒或外界辐射导致的随机位损坏。
早期Intel进行的兆比特PCM存储阵列能够保存大量数据，该实验结果表明PCM具有良好的非易失性。
读取速度如同RAM 和NOR闪存，PCM技术具有随机存储速度快的特点。
这使得存储器中的代码可以直接执行，无需中间拷贝到RAM。
PCM读取反应时间与最小单元一比特的NOR 闪存相当，而它的的带宽可以媲美DRAM。
相对的，NAND闪存因随机存储时间长达几十微秒，无法完成代码的直接执行。
写入/擦除速度PCM能够达到如同NAND的写入速度，但是PCM的反应时间更短，且无需单独的擦除步骤。
NOR闪存具有稳定的写入速度，但是擦除时间较长。
PCM同RAM一样无需单独擦除步骤，但是写入速度（带宽和反应时间）不及RAM。
随着PCM技术的不断发展，存储单元缩减，PCM将不断被完善。
缩放比例缩放比例是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。
这是因为门电路的厚度是一定的，它需要多于10V的供电，CMOS逻辑门需要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集程度提高一倍。
随着存储单元的缩小，GST材料的体积也在缩小，这使得PCM具有缩放性。
结论相变存储器是一种很有发展前景的存储技术，近年来再次引起了研究人员的注意。
相变存储器利用可逆的相变现象，通过两相间的阻抗差异来存储信息。
Numonyx的早期工作和取得的进展，将该技术推向了可读写存储领域的前沿。
相变存储器集成了NOR闪存、NAND闪存、EEPROM和RAM的特性于一体，这些功能连同存储系统低耗用的潜能，将能够在广泛地创造出新的应用和存储架构。