基于SiOx薄膜的阻變存儲(chǔ)器阻變特性研究.pdf

1、隨著科技的迅猛發(fā)展，越來(lái)越多的智能電子設(shè)備的產(chǎn)生使得人們對(duì)信息存儲(chǔ)的要求越來(lái)越高，現(xiàn)有存儲(chǔ)技術(shù)的缺陷日益凸顯。對(duì)于傳統(tǒng)的隨機(jī)存儲(chǔ)器，易失性成為其致命弱點(diǎn)，以 Flash閃存為代表的非易失性存儲(chǔ)技術(shù)，也因其可縮小程度已經(jīng)到達(dá)物理極限阻礙了其進(jìn)一步的發(fā)展應(yīng)用。另一方面，不斷減小工藝尺寸已經(jīng)不能滿足高密度低成本的存儲(chǔ)要求，因此存儲(chǔ)技術(shù)迫切需要?jiǎng)?chuàng)新?；谶@些棘手的問(wèn)題，一些新型非易失存儲(chǔ)器相繼出現(xiàn)，在這些新型非易失存儲(chǔ)器中，阻變式存儲(chǔ)器（RRA

2、M）被認(rèn)為是下一代存儲(chǔ)器的強(qiáng)有力候選者，極有可能替代Flash及DRAM等傳統(tǒng)存儲(chǔ)器。因此探究其阻變機(jī)理對(duì)于進(jìn)一步縮小器件尺寸及改善器件可靠性及產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用是至關(guān)重要的。
　　本文主要研究了基于非化學(xué)計(jì)量比的SiOx（Si富余）薄膜的阻變特性。首先對(duì)TiN/SiOx/Pt結(jié)構(gòu)阻變器件的直流I-V特性進(jìn)行了測(cè)量，然后通過(guò)改變測(cè)量條件分析了器件基本電特性，總結(jié)了其主要阻變機(jī)制，將微觀物理機(jī)制總結(jié)為氧空位主導(dǎo)的導(dǎo)電細(xì)絲機(jī)制（即器件阻變行為

3、是由阻變層材料SiOx發(fā)生氧化還原反應(yīng)引起的）。此外，也通過(guò)擬合對(duì)器件開(kāi)態(tài)和關(guān)態(tài)的導(dǎo)電機(jī)制進(jìn)行了分析，通過(guò)擬合發(fā)現(xiàn)器件開(kāi)態(tài)導(dǎo)電機(jī)制為歐姆導(dǎo)電，關(guān)態(tài)為肖特基發(fā)射。最后，對(duì)器件的可靠性進(jìn)行了分析，包括穩(wěn)定性、耐擦除特性、保持特性等，TiN/SiOx/Pt結(jié)構(gòu)的阻變器件顯示出良好的穩(wěn)定性和疲勞特性。之后也對(duì)影響器件特性的主要因素進(jìn)行了分析，包括器件單元面積、限制電流、掃描停止電壓Vstop等因素對(duì)器件阻變特性的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示TiN/SiO

4、x/Pt結(jié)構(gòu)阻變器件有良好可縮小性，并且可通過(guò)改變限制電流實(shí)現(xiàn)多值存儲(chǔ)。雖然我們可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)定性地分析微觀物理機(jī)制，但是有關(guān)細(xì)絲生長(zhǎng)和斷裂的微觀過(guò)程、細(xì)絲形貌、Reset過(guò)程細(xì)絲斷裂位置、及加速氧空位遷移的因素等問(wèn)題均需深入研究。
　　因此本文也提出了一種研究雙極轉(zhuǎn)換的氧化物RRAM器件阻變特性的模型，即一種基于溫度（焦耳熱導(dǎo)致的溫度升高）和場(chǎng)致離子遷移的雙極型RRAM模型，模擬了器件Set和Reset過(guò)程，阻變層內(nèi)部細(xì)絲形貌