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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车规级RRAM交变阵列1S1R选择器设计与OTS材料优
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车规级RRAM交变阵列1S1R选择器设计与OTS材料优化
摘要
RRAM交叉阵列的高密度集成需要选择器（Selector）来抑制漏电路径（Sneak Path），1S1R（1个选择器+1个电阻）单元是实现高密度RRAM阵列的核心方案。双向阈值开关（OTS）选择器凭借其高选择比和CMOS工艺兼容性，成为RRAM交叉阵列的首选选择器。本文针对车载存算一体芯片的高密度RRAM阵列需求，系统分析了OTS选择器的材料体系——包括GeSe基、AsTeSi基和NbO₂基OTS材料，通过N掺杂和界面工程优化选择器的阈值电压、漏电流和耐久性，实现了选择比>10⁶、阈值电压3V、漏电流<10pA的优异性能，为车载存算一体芯片的高密度RRAM阵列提供了关键的选择器方案。
一、1S1R单元的基本原理
1.1 漏电路径问题
在RRAM交叉阵列中，未选中的单元之间存在漏电路径，导致读取时的电流串扰和写入时的功耗浪费。选择器串联在RRAM单元中，在未选中时呈现高阻态，抑制漏电流；在选中时呈现低阻态，允许读写电流通过。
1.2 OTS选择器的工作机制
OTS选择器基于硫系化合物在电场作用下的阈值开关效应。当电压低于阈值电压（Vth）时，OTS处于高阻态（10^9-10^12Ω）；当电压超过Vth时，OTS瞬间切换为低阻态（10^3-10^5Ω），延迟小于1ns。
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