基于氧化硅材料阻變存儲器的構(gòu)建及阻變機(jī)制的研究.pdf

1、伴隨著信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)據(jù)量日益暴增，對數(shù)據(jù)的存儲能力的要求日益增強(qiáng)，主要包括更大的存儲密度，更快的擦寫讀速度，更低的功耗，更長的壽命，以及更低的價格等。除此以外，非揮發(fā)性（Non-volatile Memory）也是存儲器未來發(fā)展的必然的方向。現(xiàn)在主流的非揮發(fā)性存儲器Flash Memory的發(fā)展受到了其自身工作機(jī)制的限制，已經(jīng)無法匹配高速發(fā)展的半導(dǎo)體工藝技術(shù)，導(dǎo)致其特征尺寸無法繼續(xù)下降。因此急需開發(fā)新型的存儲器。在多種新型存儲器中，

2、阻變存儲器（RRAM）以其高存儲密度，高速、低功耗、制造工藝簡單并與CMOS工藝兼容等優(yōu)點，在眾多候選中脫穎而出。近十年來，阻變存儲器的發(fā)展十分迅速，對多種材料的阻變現(xiàn)象的研究均日益深入，然而對阻變機(jī)理的研究仍不夠深入徹底，這大大影響了阻變器件的進(jìn)一步優(yōu)化。此外，能與現(xiàn)有的CMOS工藝兼容是阻變存儲器最終走向產(chǎn)業(yè)化的必不可少的一環(huán)，本論文在此背景下，重點對與 CMOS工藝極其兼容的材料——氧化硅的阻變性能進(jìn)行優(yōu)化以及研究其阻變機(jī)理。

3、r>　　本論文實驗樣品通過電子束蒸發(fā)以及磁控濺射方式制備，通過XRD，AFM等表征手段獲得材料的結(jié)構(gòu)及形貌特性，另一方面通過安捷倫B1500A進(jìn)行電學(xué)測試，最后綜合分析并建立阻變模型。
　　首先，本論文對阻變存儲器的發(fā)展進(jìn)行概述并針對實驗部分的意義進(jìn)行探討。實驗部分從濺射功率的角度，改變不同的條件得到相應(yīng)的Cu/SiO2/Al結(jié)構(gòu)，獲得具有多值存儲特性的阻變單元。隨后從AFM等表征手段分析材料特性，從電學(xué)特性分析阻變機(jī)理，在此基礎(chǔ)

4、上提出導(dǎo)電細(xì)絲生長的阻變模型。在Set過程中由于銅導(dǎo)電細(xì)絲可通過限流進(jìn)行控制從而獲得Level1、2和3三種低阻態(tài)。
　　其次，為了改善耐久性特性，后續(xù)實驗中通過在介質(zhì)層中摻雜 Cu金屬，獲得了Forming-free、一致性好以及耐久性強(qiáng)的阻變器件，以及利用 W金屬作為阻擋層對Cu金屬的注入進(jìn)行控制，達(dá)到控制導(dǎo)電細(xì)絲形成的數(shù)量或者強(qiáng)度，從而達(dá)到降低過多細(xì)絲或者過堅固粗壯的細(xì)絲的形成的概率，繼而降低其導(dǎo)致的無法Reset的幾率。<

5、br>　　最后，對氧化硅本身的阻變特性也進(jìn)行了研究，構(gòu)建了W/SiOx/Pt結(jié)構(gòu)的阻變器件，通過對不同操作方式產(chǎn)生的不同阻變特性的分析，發(fā)現(xiàn)操作方式不同導(dǎo)致氧釋放與聚集是造成阻變特性不同的主要原因。
　　通過本論文相關(guān)的實驗，證實了與 CMOS工藝兼容的材料氧化硅具有構(gòu)建阻變存儲器的能力。這將有助于推進(jìn)阻變存儲器走向產(chǎn)業(yè)化，同時對阻變存儲器的機(jī)制研究及其阻變模型的構(gòu)建，為優(yōu)化出一致性好，耐久性好的阻變存儲器的研究提供了經(jīng)驗，對RR