ABB SDCS-PIN-11
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冗余模块，电源模块，继电器输出模块，继电器输入模块，处理器模块
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相变存储(phasechangememory，PCM)，是一种新兴的非易失性计算机存储器技术，未来将能取代许多应用中的闪存。PCM要比闪存快得多，而且可靠性很高，达到10亿次写入循环，相比之下，闪存的每个区只能写入5000次。PCM还可以缩减到比闪存更小的尺度。本文就论述了PCM器件的技术基础，以及当前相应的特性测试方法。
相变存储器是如何工作的？
PCM单元由一小块硫族化合物合金构成(即，至少含有一种元素周期表中的VI族元素，外加一种V和IV族元素)。相同类型的材料也广泛用于可重写的光存储介质的有效层，如CD和DVD。通过电脉冲施加热量，就可以让PCM单元快速从有序的结晶相(电阻较低)快速切换为无序的、无定形的相(电阻较高)。从单晶相到无定形相的切换以及逆向的变化，是由熔化和快速冷却(或者一种称为重结晶的稍微慢一些的过程)来实现的。熔化温度在500oC~600oC之间的GST(锗、锑和碲)，已经成为***有前途的PCM器件材料之一。
由于上述这些合金的晶体相和无定形相的电阻值不同，这些器件可以存储二进制的数据。高电阻的无定形态代表二进制0；低电阻的晶体态代表1。在无定形相中，GST材料原子在短程内具有有序结构，自由电子密度较低，这意味着高电阻率。这有时被称为RESET相，因为它往往是在RESET操作后形成的，在该操作中，DUT的温度升高至略超过熔点，然后GST突然淬火冷却。冷却速率对于无定形层的形成极为关键。
在结晶相中，GST材料具备了长程原子有序性和高自由电子密度，从而形成了较低的电阻率。这也称为SET相，因为它是在SET操作完成后形成的，在该操作中，材料的温度上升至重结晶温度以上，但低于熔点，然后以稍慢的速度冷却至容许晶粒在整个层内形成。结晶相的电阻的范围一般是1k~10k。结晶相是一个低能量态；在材料处于无定形相时，若对其加热至接近结晶温度，它倾向于自发地切换至结晶相。
当前某些PCM设计和材料可以实现多个截然不同的水平，例如16个结晶态而非仅仅2个，每个都具有不同的电特性。这就使得单个单元可以代表多个bit，从而大大提升了存储密度。
PCM器件结构
在典型的GSTPCM器件中(图1)，在GST层的下方上附着一个电阻。加热/熔化只影响电阻***周围很小的面积。擦除/RESET脉冲可以设定高电阻或者逻辑0，并在器件上构成了一个无定形层的区域。与写入/SET脉冲相比，擦除/RESET脉冲幅值更高、更窄，变化更为陡峭。一个用于设定逻辑1的SET脉冲可以让无定形层重新结晶，返回结晶态。
PCM器件的特性测量
应当认真选择熔化和重结晶过程所使用的RESET和SET脉冲。RESET脉冲应该让温度恰好高于材料的熔点，然后让材料迅速冷却到无定形相。SET脉冲应该让温度恰好高于重结晶温度，但低于熔点，从而让其有较长的时间冷却；因此，SET脉冲的脉冲宽度和下降时间应该长于RESET脉冲的。1ms或更短的脉冲宽度所产生的能量，往往足以熔化PCM材料或者使其重结晶。某些材料和技术的脉冲电压需要高于6V以达到熔化温度。电流值的范围一般为0.3mA~3mA。
所采用的PCM技术的状态决定了RESET脉冲的***小下降时间。若脉冲的下降时间长于所需要的时间时，材料可能无法有效的淬火为无定形相。虽然目前一般需要30ns~50ns，但未来的材料有可能需要更短的下降时间。
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