三維垂直型阻變存儲(chǔ)器的特性、機(jī)理及其集成技術(shù)研究.pdf

1、三維(3D)器件集成和多值存儲(chǔ)(MLC)單元是實(shí)現(xiàn)高密度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的兩項(xiàng)極具吸引力的技術(shù)。本文的實(shí)驗(yàn)研究分為兩部分，首先成功制備了三層Ta2O5-x/TaOy/AlOx三維阻變隨機(jī)存儲(chǔ)器(3D RRAM)，進(jìn)行了電學(xué)特性的測(cè)試，并以溫度影響導(dǎo)電離子運(yùn)動(dòng)的特性為基礎(chǔ)，對(duì)三維阻變存儲(chǔ)器器件的阻變機(jī)理進(jìn)行了探究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明三維器件中分別處于不同阻變層的三個(gè)垂直型器件單元表現(xiàn)出極好的一致性和極高的電學(xué)特性:大于1000倍的高低阻值的窗口，超過(guò)1

2、010次循環(huán)的耐久性，在125℃下達(dá)到104 s的數(shù)據(jù)保持時(shí)間。同時(shí)，四個(gè)組態(tài)的多值存儲(chǔ)操作通過(guò)兩種操作方式:控制電流方式(CCS)和控制電壓方式(VCS)得以實(shí)現(xiàn)。
　　其次，單元存儲(chǔ)器制備成功之后，考慮到工業(yè)產(chǎn)品直接應(yīng)用的是存儲(chǔ)器陣列，而陣列密度的提高要受到兩方面的制約:1）水平方向和垂直方向上的器件尺寸限制;2）三維器件中選通管的集成。所以本文在第二部分實(shí)驗(yàn)研究中，提出并成功制備了以碳納米管(CNT)這一維材料作為端電極的新

3、型三維阻變器件。電學(xué)測(cè)試表明集成了直徑僅2.5nm的金屬型CNT做電極的阻變器件可實(shí)現(xiàn)變阻現(xiàn)象。尤其，由于金屬Sc和CNT呈近似歐姆接觸，TaOy-CNT-Sc器件的I-V曲線與兩個(gè)均為金屬電極的同類器件近似一致。同時(shí)，得益于形成于金屬/CNT和阻變材料/半導(dǎo)體型CNT接觸面的肖特基勢(shì)壘所導(dǎo)致的不對(duì)稱載流子運(yùn)動(dòng)，利用半導(dǎo)體型CNT作為電極成功制備了不需外加選通管的阻變存儲(chǔ)器，并對(duì)該器件進(jìn)行了電學(xué)特性的測(cè)試和機(jī)理探究，研究結(jié)果可直接應(yīng)用于