WOx-RRAM的制備及阻變機理探索.pdf

1、近年來，由于存儲市場的巨大需求，非揮發(fā)性存儲技術發(fā)展迅速，基于浮柵結構的傳統(tǒng)Flash存儲器在集成電路工藝中特征尺寸已經接近甚至達到其物理極限，發(fā)展遇到瓶頸。在各種新型非揮發(fā)性存儲器中，阻變存儲器(RRAM)以其簡單的存儲單元結構、可縮小化的特征尺寸、極快的讀寫速度、很低的器件功耗、多值存儲潛力、可三維堆疊，以及低成本等特點，受到了廣大科研工作者的關注。
　　本文主要研究一種與CMOS工藝兼容，制備容易的WOx基RRAM，探尋改善

2、器件性能，降低器件功耗的方法，并對器件的阻變機制作了初步分析。
　　本文使用金屬鎢靶采用直流反應磁控濺射沉積氧化鎢薄膜，并利用X射線衍射儀(XRD)、原子力顯微鏡(AFM)等手段對氧化鎢薄膜的結晶取向及表面形貌進行了表征;使用半導體參數分析儀(SPA)對阻變單元的非揮發(fā)存儲特性進行測試，通過對置位(SET)、復位（RESET）過程的I-V曲線進行線性擬合結合電阻的溫度依賴性對氧化鎢薄膜的電阻轉變機制進行了探索。
　　主要研究

3、內容及結果如下:
　　1、基于氧化鎢材料制備了簡單的Al/WOx/Cu結構RRAM。WOx膜在300℃退火后，以(110)晶相的WO2.9為主。器件具有較好的雙極阻變特性，有較小的操作電壓(Vset=1.6V, Vreset=-0.9V)及超過三個數量級的阻變倍率。有較好的耐擦寫特性(1000cycles)、電阻保持性(10000S)。WOx薄膜中形成的Cu細絲及Cu細絲數量的變化是薄膜電阻轉變的主導機制。
　　2、通過對C

4、u下電極進行熱氧化處理，制備了疊層結構的Al/WOx/CuOx/Cu RRAM。與單層結構相比，疊層結構有更高的成品率，接近100％;更低、更一致的Forming電壓、SET、RESET電壓，更小的操作電流;器件的功耗降低了四個數量級以上。器件的電阻轉變機制為低阻態(tài)時阻變層中形成了Cu細絲，高阻態(tài)時Cu細絲與陰極接觸處部分斷開，在電極與阻變層界面處形成肖特基勢壘，器件的電流傳輸主要為肖特基發(fā)射。
　　3、在Cu下電極熱氧化處理時間