基于二元金屬氧化物的阻變存儲(chǔ)器研究.pdf

1、隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的迅猛發(fā)展，器件特征尺寸不斷縮小。當(dāng)集成電路工藝技術(shù)節(jié)點(diǎn)達(dá)到32nm時(shí)，目前主流的基于電荷存儲(chǔ)機(jī)制的存儲(chǔ)器Flash的存儲(chǔ)機(jī)理逐漸接近物理極限。主要原因是隧穿氧化層厚度越來(lái)越薄，漏電流越來(lái)越大，導(dǎo)致隧穿氧化層無(wú)法有效存儲(chǔ)電荷。近年來(lái)，新型非揮發(fā)性存儲(chǔ)器RRAM憑借其器件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、集成度高、存儲(chǔ)密度高、低功耗、器件尺寸可收縮性好、讀寫(xiě)速度快和與傳統(tǒng)的CMOS工藝兼容等優(yōu)點(diǎn)最有希望取代Flash，在下一代新型非揮發(fā)性存儲(chǔ)器

2、領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。
　　本文首先對(duì)Cu/ZrO2/Pt器件進(jìn)行了研究，測(cè)試數(shù)據(jù)表明Cu/ZrO2/Pt器件具有較好的雙極性阻變特性，同時(shí)分析了Cu/ZrO2/Pt器件的阻變機(jī)理。通過(guò)分析Cu/ZrO2/Pt器件的I-V特性曲線，我們可以經(jīng)常觀察到在SET和RESET過(guò)程中電流出現(xiàn)多次臺(tái)階式突變，由此可以推斷Cu/ZrO2/Pt器件具有實(shí)現(xiàn)多值存儲(chǔ)的潛能。測(cè)試過(guò)程中，我們通過(guò)設(shè)置不同幅值的限制電流得到了不同電阻值的低阻態(tài)，只要不同低

3、阻態(tài)的電阻值比大于10，就可以實(shí)現(xiàn)多值存儲(chǔ)。通過(guò)查閱文獻(xiàn)，我們了解到在下電極表面生長(zhǎng)納米晶結(jié)構(gòu)可以局部增強(qiáng)阻變層薄膜中的電場(chǎng)強(qiáng)度，這樣導(dǎo)電細(xì)絲就會(huì)優(yōu)先沿著納米晶位置處生長(zhǎng)，使得導(dǎo)電細(xì)絲的動(dòng)態(tài)生長(zhǎng)過(guò)程變得可控，進(jìn)而可以改善器件性能。同時(shí)我們使用COMSOL軟件對(duì)含有納米晶結(jié)構(gòu)的RRAM器件進(jìn)行了電場(chǎng)仿真，定性地證明了這個(gè)方法確實(shí)可行。通過(guò)對(duì)Cu/ZrO2/Pt器件進(jìn)行測(cè)試，我們推測(cè)阻變層中存在兩個(gè)導(dǎo)電細(xì)絲，并使用COMSOL對(duì)導(dǎo)電細(xì)絲的生

4、長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行了仿真，詳細(xì)介紹了導(dǎo)電細(xì)絲的生長(zhǎng)過(guò)程。另外我們制備了Au/TiO2/Au器件，并使用SRIM軟件仿真了質(zhì)子對(duì)Au/TiO2/Au器件造成的輻照損傷過(guò)程，SRIM軟件可以定量地模擬出不同能量的帶電粒子在RRAM功能層的不同深度處輻射造成的位錯(cuò)損傷和產(chǎn)生的空位數(shù)量。當(dāng)確定具體的粒子注量時(shí)，粒子注量乘以空位數(shù)量或者位錯(cuò)數(shù)量就可以得到產(chǎn)生的空位密度或者位錯(cuò)密度，這對(duì)研究輻射對(duì)RRAM器件特性造成影響的機(jī)理很有幫助。為以后研究阻變存儲(chǔ)器