NiO阻變器件的制備及其電學(xué)特性分析.pdf

1、隨著電子產(chǎn)品的發(fā)展，人們對于超便攜，超低功耗以及高密度快速存儲設(shè)備的需求日益緊迫。但是隨著光刻工藝進(jìn)入32nm量產(chǎn)，22nm研發(fā)的階段，目前主流的Flash存儲已經(jīng)暴露出來了越來越多的缺陷，迫切需要開發(fā)一種適應(yīng)現(xiàn)在要求的存儲技術(shù)。阻變存儲(RRAM)因其表現(xiàn)的高性能以及結(jié)構(gòu)簡單，造價低廉和現(xiàn)代半導(dǎo)體工藝兼容等特點(diǎn)，正在被國內(nèi)外廣泛的研究。本文從目前RRAM存在的問題出發(fā)，使用直流磁控濺射，通過改變氧分壓、薄膜厚度和電極類型及厚度，利用X

2、RD、AFM和半導(dǎo)體參數(shù)分析儀對NiO薄膜的結(jié)構(gòu)和電學(xué)性能進(jìn)行表征，系統(tǒng)地探討了NiO阻變機(jī)理以及器件操作電壓(Reset/Set Voltage)的改善等方面問題，主要研究內(nèi)容如下：
　　 ⑴制備過程中氧分壓的變化(5％-15％)，對于薄膜的晶格取向，表面粗糙度以及薄膜的沉積速率都有著較大的影響。發(fā)現(xiàn)隨著氧分壓的增加，NiO薄膜的晶向從(200)逐步轉(zhuǎn)變到(220)，表面粗糙度和沉積速率呈現(xiàn)遞減趨勢。但是在10％的條件下，由于

3、(200)和(220)XRD測試峰的強(qiáng)度具有可比性，導(dǎo)致此時薄膜表面粗糙度突然升高。
　　 ⑵通過不同電極比較發(fā)現(xiàn)Cu電極相對于W、Ni等電極具有更低的功耗，主要原因是由于使用Cu電極時導(dǎo)電細(xì)絲的形成是由于在電場的作用下，Cu原子發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使得Cu離子在薄膜內(nèi)部移動形成的。對于W、Ni等電極則是由于熱的作用引起的細(xì)絲熔斷，這就增加了器件的功耗。
　　 ⑶對于Cu/NiO/Pt結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)可以通過減小薄膜的厚度，在保

4、持一定高低阻態(tài)比時，降低了器件的操作電壓，降低了功耗。
　　 ⑷討論了下電極厚度對于器件性能的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)上電極為Cu時，其對器件性能的影響較?。划?dāng)上電極為Ni時，其對器件性能的影響較大：在下電極很薄時，器件將無法穩(wěn)定在低阻態(tài)。分析可能是由于底電極過薄導(dǎo)致熱量無法及時散去，使得形成的導(dǎo)電細(xì)絲處于不穩(wěn)定狀態(tài)。
　　 ⑸討論了薄膜器件的阻變機(jī)理，認(rèn)為Cu為上電極時，細(xì)絲的熔斷和復(fù)合是由于Cu離子的移動造成的，并且在一定電壓下