氮基阻變存儲器材料(CuxN,AlN)的制備與性能表征.pdf

1、隨著20世紀中后期摩爾定律(Moore's Law)的提出，現代化集成電路(IC)工藝在20世紀后半葉及21世紀得到了日新月異的，并且是突飛猛進般的發(fā)展，在摩爾定律的鞭策下，一代又一代的超大規(guī)模集成電路(Ultra Large Scale IntegratedCircuits)芯片被不斷研發(fā)和不斷改進，與此同時，與之相匹配的諸如互連結構、器件尺寸、芯片集成度等問題也在不斷地被提出。
　　數據存儲技術是超大規(guī)模集成電路技術中必不可少

2、的一個重要的組成部分，隨著芯片集成度的提高，數據存儲技術所面臨的集成問題也日漸突出，因此，新型存儲概念，新型存儲結構和新型材料概念的提出也就變得順理成章了。數據存儲現如今對于存儲密度、非破壞性操作、低功耗節(jié)能、數據保持和耐疲勞性能都有著更高的要求。相比較于其他新型存儲概念，阻變式存儲器(ResistiveRandom-Access Memory)憑借著其結構簡單、電學性能優(yōu)異等特點，在業(yè)界擁有著廣泛的關注度。
　　目前，以氧為非金

3、屬元素的二元半導體材料在阻變存儲器中的應用和研究有著比較久的歷史，但以氮為非金屬元素的二元半導體材料則鮮有報道，并且其電學作用機理和實用性也有待進一步的考證和研究。
　　本文主要針對二元金屬氮化物的制備和成膜以及其應用于阻變存儲器介質材料的電學性能進行的研究和表征。論文主要分為以下四個部分:
　　一、利用傳統(tǒng)的反應直流磁控濺射(Reactive Magnetron Sputtering)方法和新興的等離子體浸沒式注入(Pla

4、sma Immersion Ion Implantation)方法分別進行氮化銅(CuxN)薄膜材料的制備。利用X射線衍射方法、表征出了兩種方法制備的薄膜有著不同的晶體取向結構;利用X射線光電子能譜方法，表征出了兩種方法制備的薄膜有著不同的化學鍵組成，通過這些物性表征結果，結合Ni/CuxN/Cu阻變存儲器件單元的電學性能，以討論不同制備方法對氮化銅阻變存儲器電學性能的影響。
　　二、利用退火工藝及等離子體浸沒式注入方法對氮化銅薄

5、膜進行后端工藝改性處理，利用以上提到的一些物性表征手段，對其的表面形貌，化學鍵成鍵和薄膜組分進行參數化表征和研究，同樣將其應用于阻變存儲器介質材料，并對其操作電壓、高低組態(tài)、以及電學耐疲勞循環(huán)性能進行電學表征，研究其電壓及電阻態(tài)與退火溫度及氧等離子體表面處理時各項參數的變化的關系，另外對氧等離子體處理的CuxN∶O薄膜進行熱沖擊，考察RRAM器件的性能。
　　三、利用脈沖激光沉積(Pulse Laser Deposition)方法

6、制備氮化鋁薄膜材料，在調整制備時間、工作氣壓、襯底溫度等參數的情況下，利用掃描電子顯微鏡、X射線衍射、原子力顯微鏡等表征方法對薄膜的生長進行參數研究，為其應用在阻變存儲領域而做好制備上的準備。
　　四、在氮化鋁薄膜材料上淀積金屬電極材料(Pt，Ni，Mo)使得其形成M/AlN/M結構，并且表征其阻變電學性能。通過研究，試圖解釋氮化鋁阻變存儲器單元的普遍機理，探討缺陷及活性電極材料在阻變開關過程中的作用，同樣，對Ni，Mo作為上電極