Modeling of element migration phenomena in chalcogenide materials

This thesis work is focused on an emerging memory technology called Phase Change Memory (PCM). It is considered as one of the most promising technologies to operate in the Storage Class Memory (SCM) segment of the memory hierarchy. The PCM concept is based on the properties of chalcogenide alloys, like GST, of changing their phase in response to an appropriate electrical signal. During normal operation PCM are subject to local variation of the alloy stoichiometry. Endurance, reliability and other fundamental properties of the device are strictly related to the material stability. For these reasons, it becomes of fundamental importance to develop a model capable of explaining and predicting these effects. The purpose of this work is to introduce a model for element migration during PCM operation.

Il presente lavoro di tesi ha come oggetto le Memorie a Cambiamento di Fase (PCM, Phase Change Memory), uno dei principali candidati ad operare nel segmento di memoria denominato Storage Class Memory. Tale tecnologia si basa sulle proprietà delle leghe calcogenure, come il GST, di cambiare la propria fase in risposta ad un opportuno impulso elettrico. Durante il normale funzionamento, il volume attivo della cella di memoria è soggetto a variazioni locali della stochiometria. Affidabilità, resistenza ad un alto numero di cicli di programmazione e altre proprietà fondamentali del dispositivo dipendono dalla stabilità del materiale. L'obiettivo di questo lavoro di tesi è di introdurre un modello capace di descrivere i fenomeni di trasporto di massa nelle leghe calcogenure.