本发明属于半导体存储器器件技术领域，尤其涉及一种阻变存储器的设计方法及装置。
背景技术：
随着大数据、云计算、物联网等技术的快速发展，全球需要存储和处理的数据不断增长，需要性能更好的存储器来满足快速发展的信息技术对超高密度存储的要求。
阻变存储器(RRAM)由于具备较低操作功耗、耐久力好、结构简单、器件面积小等优点而逐渐成为用户青睐的对象。但是，由于阻变存储器的材料种类繁多，影响阻变存储器特性的因素是多样化的，目前在设计阻变存储器时，当前的实验手段和理论方法都不能全面地考虑影响阻变存储器特性的因素，导致阻变存储器的综合性能得不到保证。
技术实现要素：
针对现有技术存在的问题，本发明实施例提供了一种阻变存储器的设计方法及装置，用于解决现有技术中在设计阻变存储器时，不能全面地考虑阻变存储器特性的因素，导致阻变存储器的综合性能得不到保证的技术问题。
本发明提供一种阻变存储器的设计方法，所述方法包括：
接收预设的阻变材料的第一参数标准，基于所述第一参数标准利用高通量第一性原理搜索并输出第一阻变材料，所述第一参数包括：带隙、电荷转移、空位、迁移势垒、载流子激活能、肖特基势垒及中间相数量；
根据所述第一阻变材料建立阻变材料数据库；
接收阻变存储器器件模型的第二参数标准，根据所述第二参数标准从所述阻变材料数据库中筛选出第二阻变材料，所述阻变存储器器件模型是根据所述阻变材料数据库中的第一阻变材料建立的，所述第二参数包括：所述器件模型的开启电压、写入电压、擦除电压、擦写速度、功耗、存储窗口、稳定性、耐久性、开关比、电流参数的离散性及存储密度；
利用所述第二阻变材料、相应的电极材料及预设的存储结构设计所述阻变存储器。
上述方案中，所述第一参数标准包括：带隙：1～4eV，电荷转移：小于0.5eV，空位：具有氧空位和间隙，迁移势垒：小于1eV，载流子激活能：小于1eV，肖特基势垒：小于2eV，中间相数量：小于3类。
上述方案中，所述根据所述第一阻变材料建立阻变材料数据库，包括：
建立各第一阻变材料及对应的所述第一参数标准之间的各映射关系表；
将所述各映射关系表分别存储至预设数据库中对应的数据块中，形成所述阻变材料数据库。
上述方案中，所述第二参数标准包括：
所述器件模型的开启电压：小于5V；写入电压：小于3V；擦除电压：小于3V；擦写速度：小于500ns；功耗：不大于10-6pJ；存储窗口：大于10；保持特性：大于1000次；耐久性：85℃环境下工作时长大于10年；开关比：大于10；电流参数的离散性：大于80％；存储密度：不小于1.0Gbit/cm2。
上述方案中，所述根据所述第二参数标准从所述阻变材料数据库中筛选出第二阻变材料，包括：
从多个所述阻变存储器器件模型中筛选出符合所述第二参数标准的阻变存储器器件模型；
确定筛选出的各所述阻变存储器器件模型所使用的第二阻变材料。
上述方案中，所述利用所述第二阻变材料、相应的电极材料及预设的存储结构设计所述阻变存储器之后，还包括：
根据预设的验证标准验证所述阻变存储器的综合性能。
本发明还提供一种阻变存储器的设计装置，所述设计装置包括：
搜索单元，用于接收预设的阻变材料的第一参数标准，根据所述第一参数标准搜索并输出第一阻变材料，所述第一参数包括：带隙、电荷转移、空位、迁移势垒、载流子激活能、肖特基势垒及中间相数量；
建立单元，用于根据所述第一阻变材料建立阻变材料数据库；
筛选单元，用于接收阻变存储器器件模型的第二参数标准，根据所述第二参数标准从所述阻变材料数据库中筛选出第二阻变材料，所述阻变存储器器件模型是根据所述阻变材料数据库中的第一阻变材料建立的，所述第二参数包括：所述器件模型的开启电压、写入电压、擦除电压、擦写速度、功耗、存储窗口、稳定性、耐久性、开关比、电流参数的离散性及存储密度；
设计单元，用于利用所述第二阻变材料、相应的电极材料及预设的存储结构设计所述阻变存储器。
上述方案中，所述建立单元具体用于：
建立第一阻变材料及对应的第一参数之间的各映射关系表；
将所述各映射关系表分别存储至预设数据库中对应的数据块中，形成所述阻变材料数据库。
上述方案中，所述筛选单元具体用于：
从多个所述阻变存储器器件模型中筛选出符合所述第二参数标准的阻变存储器器件模型；
确定筛选出的各所述阻变存储器器件模型所使用的第二阻变材料。
上述方案中，所述装置还包括：
验证单元，具体用于在利用所述第二阻变材料、相应的电极材料及预设的存储结构设计所述阻变存储器之后，根据预设的验证标准验证所述阻变存储器的综合性能。
本发明提供了一种阻变存储器的设计方法及装置，所述方法包括：接收预设的阻变材料的第一参数标准，基于所述第一参数标准利用高通量第一性原理搜索并输出第一阻变材料，所述第一参数包括：带隙、电荷转移、空位、迁移势垒、载流子激活能、肖特基势垒及中间相数量；根据所述第一阻变材料建立阻变材料数据库；接收阻变存储器器件模型的第二参数标准，根据所述第二参数标准从所述阻变材料数据库中筛选出第二阻变材料，所述阻变存储器器件模型是根据所述阻变材料数据库中的第一阻变材料建立的，所述第二参数包括：所述器件模型的开启电压、写入电压、擦除电压、擦写速度、功耗、存储窗口、稳定性、耐久性、开关比、电流参数的离散性及存储密度；利用所述第二阻变材料、相应的电极材料及预设的存储结构设计所述阻变存储器；如此，根据第一参数标准对海量阻变材料进行筛选，获取第一阻变材料来建立阻变材料数据库，可以从阻变材料数据库中选择阻变材料来建立阻变存储器器件模型；再利用阻变存储器器件模型的性能参数(第二参数)反馈信息，筛选掉一部分阻变材料，那么剩余的阻变材料即是性能比较优越的第二阻变材料，因第一参数标准及第二参数标准考虑到了影响阻变材料及阻变存储器的特性所有因素，因此利用筛选出的第二阻变材料设计的阻变存储器，其综合性能必然是可以得到保证的。
附图说明
图1为本发明实施例提供的阻变存储器的设计方法流程示意图；
图2为本发明实施例提供的阻变存储器的设计装置结构示意图。
具体实施方式
为了解决现有技术中在设计阻变存储器时，不能全面地考虑影响阻变存储器特性的因素，导致阻变存储器的综合性能得不到保证的技术问题，本发明提供了一种阻变存储器的设计方法及装置，所述方法包括：接收预设的阻变材料的第一参数标准，基于所述第一参数标准利用高通量第一性原理搜索并输出第一阻变材料，所述第一参数包括：带隙、电荷转移、空位、迁移势垒、载流子激活能、肖特基势垒及中间相数量；根据所述第一阻变材料建立阻变材料数据库；接收阻变存储器器件模型的第二参数标准，根据所述第二参数标准从所述阻变材料数据库中筛选出第二阻变材料，所述阻变存储器器件模型是根据所述阻变材料数据库中的第一阻变材料建立的，所述第二参数包括：所述器件模型的开启电压、写入电压、擦除电压、擦写速度、功耗、存储窗口、稳定性、耐久性、开关比、电流参数的离散性及存储密度；利用所述第二阻变材料、相应的电极材料及预设的存储结构设计所述阻变存储器。
下面通过附图及具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
实施例一
本实施例提供一种阻变存储器的设计方法，如图1所示，所述方法包括：
S110，接收预设的阻变材料的第一参数标准，基于所述第一参数标准利用高通量第一性原理搜索并输出第一阻变材料；
在设计阻变存储器时，由于阻变材料会影响阻变存储器的性能，但是由于阻变材料的种类包括多样，利用实验方法去研究每种阻变材料，再去确定合适的阻变材料，需要浪费很大的时间成本。因此本步骤中，利用高通量集成自动化控制系统接收阻变材料的第一参数标准，基于所述第一参数标准利用高通量第一性原理在海量材料中搜索并输出第一阻变材料，第一阻变材料即是符合第一参数标准的阻变材料了。
这里，第一性原理就是基于第一参数标准分别对各种可能成为阻变存储器的制作材料的第一参数进行计算，若计算的结果符合第一参数标准，则输出该材料，该材料也为第一阻变材料。第一参数主要包括：带隙、电荷转移、空位、迁移势垒、载流子激活能、肖特基势垒及中间相数量；相应地，本实施例中第一参数标准包括：带隙：1～4eV，电荷转移：小于0.5eV，空位：具有氧空位和间隙，迁移势垒：小于1eV，载流子激活能：小于1eV，肖特基势垒：小于2eV，中间相数量：小于3类。
S111，根据所述第一阻变材料建立阻变材料数据库；
获取到第一阻变材料后，因第一阻变材料也包括多种，因此可以根据第一阻变材料建立阻变材料数据库，以能为研发人员在设计阻变存储器时，缩短设计流程。
这里，首先建立各第一阻变材料及对应的第一参数标准之间的各映射关系表；比如第一阻变材料A对应的第一参数为：带隙：2eV，电荷转移：0.3eV，空位：具有氧空位和间隙，迁移势垒：0.8eV，载流子激活能：0.9eV，肖特基势垒：1eV，中间相数量：2类；那么就可以将材料A与这些参数建立起一个映射关系表；同样的方法处理其他的第一阻变材料，最终可以建立多个映射关系表。
然后将所述各映射关系表分别存储至预设数据库中对应的数据块中，形成阻变材料数据库。也就是说，每个数据块中存储的是不同第一阻变材料与对应的第一参数标准的映射关系表。当然，也可以将所有的映射关系表存储至数据库中同一个数据区域内，在此不做限定。
S112，接收阻变存储器器件模型的第二参数标准，根据所述第二参数标准从所述阻变材料数据库中筛选出第二阻变材料；
建立好阻变材料数据库之后，为了可以筛选出性能更好的阻变材料，本步骤中接收阻变存储器器件模型的第二参数标准，根据所述第二参数标准从阻变材料数据库中筛选出第二阻变材料；其中，阻变存储器器件模型是根据所述阻变材料数据库中的第一阻变材料建立的，阻变存储器器件模型包括多个，也就是说，利用第一阻变材料设计出多个阻变存储器器件模型后，可以从多个所述阻变存储器器件模型中筛选出符合所述第二参数标准的阻变存储器器件模型；再确定筛选出的各所述阻变存储器器件模型所使用的第二阻变材料。
具体地是对多个阻变存储器器件模型的性能进行验证，获取性能反馈信息，性能较好的阻变存储器器件模型所使用的第一阻变材料会进一步保留下来，性能不好的阻变存储器器件模型所使用的第一阻变材料则会被筛选掉，最终阻变材料数据库中保留有第二阻变材料。
这里，所述第二参数包括：所述器件模型的开启Forming电压、写入SET电压、擦除RESET电压、擦写速度、功耗、存储窗口、稳定性、耐久性、开关比、电流参数的离散性及存储密度。相应地，第二参数标准包括：所述器件模型的Forming电压：小于5V；SET电压：小于3V；RESET电压：小于3V；擦写速度：小于500ns；功耗：不大于10-6pJ；存储窗口：大于10；保持特性：大于1000次；耐久性：85℃环境下工作时长大于10年；开关比：大于10；电流参数的离散性：大于80％；存储密度：不小于1.0Gbit/cm2。
其中，电流参数的离散型ΔI可以根据公式(1)确定：
公式(1)中，Imax表示器件模型的最大电流，Imin表示器件模型的最小电流。
S113，利用所述第二阻变材料、相应的电极材料及预设的存储结构设计所述阻变存储器。
获取到第二阻变材料之后，可以确定合适的电极材料及存储结构设计阻变存储器。这里，阻变存储器上的上电极材料可包括：Ag，Cu，Ni等单元素电极或者至少含有前述其中一种元素的合金电极；下电极材料可以包括：TaN、TiN、W、Al、Ru、Ti、Pt中的一种或多种。存储结构包括：金属-绝缘体-金属结构或金属-绝缘体-半导体结构。
设计出阻变存储器之后，还需根据预设的验证标准验证所述阻变存储器的综合性能，确定出符合条件的所述阻变存储器，并获取性能反馈信息；性能反馈信息可以包括阻变存储器的静电/电子记忆效应、电化学金属化记忆效应、价变记忆效应、热化学记忆效应及相变记忆效应等。
验证标准包括：所述阻变存储器器件的开启电压：小于3V；写入电压：小于2V；擦除电压：小于2V；擦写速度：小于500ns；功耗：不大于10-10pJ；存储窗口：大于100；保持特性：大于10000次；耐久性：85℃环境下工作时长大于10年；开关比：大于100；电流参数的离散性：大于90％；存储密度：不小于1.0Gbit/cm2。
这样选择出的阻变存储器综合性能会更好。
进一步地，由于设计出的阻变存储器包括多个，筛选出性能较为优越的阻变存储器后，可以根据相应的性能反馈信息对映射表进行补充。比如设计出的某个或某几个阻变存储器的静电/电子记忆效应和电化学金属化记忆效应比较好，那么就可以在相应的映射关系表中添加对应的电极材料，因为阻变存储器的静电/电子记忆效应和电化学金属化记忆效应是由电极材料决定的。
又比如设计出的某个或某几个阻变存储器的价变记忆效应、热化学记忆效应、相变记忆效应比较好，那么就可以在相应的映射关系表中添加对应的介质层材料，因为阻变存储器的价变记忆效应、热化学记忆效应、相变记忆效应是由介质层材料决定的。
实施例二
相应于实施例一，本实施例还提供一种阻变存储器的设计装置，如图2所示，所述装置包括：搜索单元21、建立单元22、筛选单元23、设计单元24及验证单元25；其中，
在设计阻变存储器时，由于阻变材料会影响阻变存储器的性能，但是由于阻变材料的种类包括多样，利用实验方法去研究每种阻变材料，再去确定合适的阻变材料，需要浪费很大的时间成本。因此本步骤中，利用搜索单元21接收阻变材料的第一参数标准，基于所述第一参数标准利用高通量第一性原理在海量材料中搜索并输出第一阻变材料，第一阻变材料即是符合第一参数标准的阻变材料了。
这里，第一性原理就是基于第一参数标准分别对各种可能成为阻变存储器的制作材料的第一参数进行计算，若计算的结果符合第一参数标准，则输出该材料，该材料也为第一阻变材料。第一参数主要包括：带隙、电荷转移、空位、迁移势垒、载流子激活能、肖特基势垒及中间相数量；相应地，本实施例中第一参数标准包括：带隙：1～4eV，电荷转移：小于0.5eV，空位：具有氧空位和间隙，迁移势垒：小于1eV，载流子激活能：小于1eV，肖特基势垒：小于2eV，中间相数量：小于3类。
获取到第一阻变材料后，因第一阻变材料也包括多种，因此建立单元22用于根据所述第一阻变材料建立阻变材料数据库；以能为研发人员在设计阻变存储器时，缩短设计流程。
这里，建立单元22首先建立各第一阻变材料及对应的第一参数标准之间的各映射关系表；比如第一阻变材料A对应的第一参数为：带隙：2eV，电荷转移：0.3eV，空位：具有氧空位和间隙，迁移势垒：0.8eV，载流子激活能：0.9eV，肖特基势垒：1eV，中间相数量：2类；那么就可以将材料A与这些参数建立起一个映射关系表；同样的方法处理其他的第一阻变材料，最终可以建立多个映射关系表。
然后将所述各映射关系表分别存储至预设数据库中对应的数据块中，形成阻变材料数据库。也就是说，每个数据块中存储的是不同第一阻变材料与对应的第一参数标准的映射关系表。当然，也可以将所有的映射关系表存储至数据库中同一个数据区域内，在此不做限定。
建立好阻变材料数据库之后，为了可以筛选出性能更好的阻变材料，筛选单元23用于接收阻变存储器器件模型的第二参数标准，根据所述第二参数标准从所述阻变材料数据库中筛选出第二阻变材料。其中，阻变存储器器件模型是根据所述阻变材料数据库中的第一阻变材料建立的，阻变存储器器件模型包括多个，也就是说，利用第一阻变材料设计出多个阻变存储器器件模型后，可以从多个所述阻变存储器器件模型中筛选出符合所述第二参数标准的阻变存储器器件模型；再确定筛选出的各所述阻变存储器器件模型所使用的第二阻变材料。
具体地是对多个阻变存储器器件模型的性能进行验证，获取性能反馈信息，性能较好的阻变存储器器件模型所使用的第一阻变材料会进一步保留下来，性能不好的阻变存储器器件模型所使用的第一阻变材料则会被筛选掉，最终阻变材料数据库中保留有第二阻变材料。
这里，所述第二参数包括：所述器件模型的开启电压、写入电压、擦除电压、擦写速度、功耗、存储窗口、稳定性、耐久性、开关比、电流参数的离散性及存储密度。相应地，第二参数标准包括：所述器件模型的Forming电压：小于5V；SET电压：小于3V；RESET电压：小于3V；擦写速度：小于500ns；功耗：不大于10-6pJ；存储窗口：大于10；保持特性：大于1000次；耐久性：85℃环境下工作时长大于10年；开关比：大于10；电流参数的离散性：大于80％；存储密度：不小于1.0Gbit/cm2。
其中，电流参数的离散型ΔI可以根据公式(1)确定：
公式(1)中，Imax表示器件模型的最大电流，Imin表示器件模型的最小电流。
获取到第二阻变材料之后，可以确定合适的电极材料及存储结构设计阻变存储器。设计单元24用于利用所述第二阻变材料、相应的电极材料及预设的存储结构设计所述阻变存储器。
这里，阻变存储器上的上电极材料可包括：Ag，Cu，Ni等单元素电极或者至少含有前述其中一种元素的合金电极；下电极材料可以包括：TaN、TiN、W、Al、Ru、Ti、Pt中的一种或多种。存储结构包括：金属-绝缘体-金属结构或金属-绝缘体-半导体结构。
设计出阻变存储器之后，验证单元25还需根据预设的验证标准验证所述阻变存储器的综合性能，确定出符合条件的所述阻变存储器，并获取性能反馈信息；性能反馈信息可以包括阻变存储器的静电/电子记忆效应、电化学金属化记忆效应、价变记忆效应、热化学记忆效应及相变记忆效应等。
验证标准包括：所述阻变存储器器件的开启电压：小于3V；写入电压：小于2V；擦除电压：小于2V；擦写速度：小于500ns；功耗：不大于10-10pJ；存储窗口：大于100；保持特性：大于10000次；耐久性：85℃环境下工作时长大于10年；开关比：大于100；电流参数的离散性：大于90％；存储密度：不小于1.0Gbit/cm2。
这样选择出的阻变存储器综合性能会更好。
进一步地，由于设计出的阻变存储器包括多个，筛选出性能较为优越的阻变存储器后，建立单元22还可以根据相应的性能反馈信息对映射表进行补充。比如设计出的某个或某几个阻变存储器的静电/电子记忆效应和电化学金属化记忆效应比较好，那么就可以在相应的映射关系表中添加对应的电极材料，因为阻变存储器的静电/电子记忆效应和电化学金属化记忆效应是由电极材料决定的。
又比如设计出的某个或某几个阻变存储器的价变记忆效应、热化学记忆效应、相变记忆效应比较好，那么就可以在相应的映射关系表中添加对应的介质层材料，因为阻变存储器的价变记忆效应、热化学记忆效应、相变记忆效应是由介质层材料决定的。
本发明提供的阻变存储器的设计方法及装置能带来的有益效果至少是：
本发明提供了一种阻变存储器的设计方法及装置，所述方法包括：接收预设的阻变材料的第一参数标准，基于所述第一参数标准利用高通量第一性原理搜索并输出第一阻变材料，所述第一参数包括：带隙、电荷转移、空位、迁移势垒、载流子激活能、肖特基势垒及中间相数量；根据所述第一阻变材料建立阻变材料数据库；接收阻变存储器器件模型的第二参数标准，根据所述第二参数标准从所述阻变材料数据库中筛选出第二阻变材料，所述阻变存储器器件模型是根据所述阻变材料数据库中的第一阻变材料建立的，所述第二参数包括：所述器件模型的开启电压、写入电压、擦除电压、擦写速度、功耗、存储窗口、稳定性、耐久性、开关比、电流参数的离散性及存储密度；利用所述第二阻变材料、相应的电极材料及预设的存储结构设计所述阻变存储器；如此，根据第一参数标准对海量阻变材料进行筛选，获取第一阻变材料来建立阻变材料数据库，可以从阻变材料数据库中选择阻变材料来建立阻变存储器器件模型；再利用阻变存储器器件模型的性能参数(第二参数)反馈信息，筛选掉一部分阻变材料，那么剩余的阻变材料即是性能比较优越的第二阻变材料，因第一参数标准及第二参数标准考虑到了影响阻变材料及阻变存储器的特性所有因素，因此利用筛选出的第二阻变材料设计的阻变存储器，其综合性能必然是可以得到保证的；并且建立的阻变材料数据库也可以为后续研发的工作人员提供理论指导，在设计阻变存储器的过程中，因无需繁杂的实验确定阻变材料，也缩短了设计流程，提高设计效率。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。