WOx-RRAM的制備及阻變機(jī)理探索.pdf

1、近年來(lái)，由于存儲(chǔ)市場(chǎng)的巨大需求，非揮發(fā)性存儲(chǔ)技術(shù)發(fā)展迅速，基于浮柵結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)Flash存儲(chǔ)器在集成電路工藝中特征尺寸已經(jīng)接近甚至達(dá)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(chǔ)器中，阻變存儲(chǔ)器(RRAM)以其簡(jiǎn)單的存儲(chǔ)單元結(jié)構(gòu)、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(chǔ)潛力、可三維堆疊，以及低成本等特點(diǎn)，受到了廣大科研工作者的關(guān)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(duì)器件的阻變機(jī)制作了初步分析。
　　本文使用金屬鎢靶采用直流反應(yīng)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(duì)氧化鎢薄膜的結(jié)晶取向及表面形貌進(jìn)行了表征;使用半導(dǎo)體參數(shù)分析儀(SPA)對(duì)阻變單元的非揮發(fā)存儲(chǔ)特性進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)對(duì)置位(SET)、復(fù)位（RESET）過(guò)程的I-V曲線進(jìn)行線性擬合結(jié)合電阻的溫度依賴性對(duì)氧化鎢薄膜的電阻轉(zhuǎn)變機(jī)制進(jìn)行了探索。
　　主要研究

3、內(nèi)容及結(jié)果如下:
　　1、基于氧化鎢材料制備了簡(jiǎn)單的Al/WOx/Cu結(jié)構(gòu)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(guò)三個(gè)數(shù)量級(jí)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(xì)絲及Cu細(xì)絲數(shù)量的變化是薄膜電阻轉(zhuǎn)變的主導(dǎo)機(jī)制。
　　2、通過(guò)對(duì)C

4、u下電極進(jìn)行熱氧化處理，制備了疊層結(jié)構(gòu)的Al/WOx/CuOx/Cu RRAM。與單層結(jié)構(gòu)相比，疊層結(jié)構(gòu)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(gè)數(shù)量級(jí)以上。器件的電阻轉(zhuǎn)變機(jī)制為低阻態(tài)時(shí)阻變層中形成了Cu細(xì)絲，高阻態(tài)時(shí)Cu細(xì)絲與陰極接觸處部分?jǐn)嚅_(kāi)，在電極與阻變層界面處形成肖特基勢(shì)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(shí)間