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面向存算一体芯片的模拟计算阵列中存算一体芯片的RRAM器件可靠性建模与寿命预测.docx
资料介绍
面向存算一体芯片的模拟计算阵列中存算一体芯片的RRAM器件可靠性建模与寿命预测
摘要
阻变存储器（RRAM）作为存算一体芯片中模拟计算阵列的核心存储介质，其器件可靠性——包括耐久性、保持力和抗干扰能力——直接影响芯片的使用寿命和计算精度。RRAM器件在反复编程/擦除循环后，其电阻窗口会逐渐缩小，最终导致数据丢失或计算错误。本文针对存算一体芯片中RRAM器件的可靠性问题，建立了包含器件退化、温度加速和应力依赖的多维度寿命预测模型，提出了面向存算一体应用的自适应刷新和冗余替换策略，将芯片的有效使用寿命延长至原来的5倍以上。
一、RRAM器件的退化机制
1.1 耐久性退化
RRAM器件的耐久性退化是指在反复的置位（Set）和复位（Reset）操作后，电阻窗口（高阻态与低阻态的比值）逐渐减小直至消失的过程。退化机制主要包括：氧空位的累积——每次Set/Reset操作都会在氧化物介质层中产生和湮灭氧空位，经过大量循环后，氧空位的分布发生变化，导致电阻窗口缩小。电极界面的退化——上下电极与氧化物层之间的界面在反复电流应力下发生互扩散和化学反应，形成界面层，增加接触电阻，减小电阻窗口。热效应的累积——Set/Reset操作中的焦耳热效应在器件局部产生高温（可达1000K以上），导致氧化物层的局部结构变化，加速器件退化。
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