氮基阻變存儲(chǔ)器材料(CuxN,AlN)的制備與性能表征.pdf

1、隨著20世紀(jì)中后期摩爾定律(Moore's Law)的提出，現(xiàn)代化集成電路(IC)工藝在20世紀(jì)后半葉及21世紀(jì)得到了日新月異的，并且是突飛猛進(jìn)般的發(fā)展，在摩爾定律的鞭策下，一代又一代的超大規(guī)模集成電路(Ultra Large Scale IntegratedCircuits)芯片被不斷研發(fā)和不斷改進(jìn)，與此同時(shí)，與之相匹配的諸如互連結(jié)構(gòu)、器件尺寸、芯片集成度等問(wèn)題也在不斷地被提出。
　　數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)是超大規(guī)模集成電路技術(shù)中必不可少

2、的一個(gè)重要的組成部分，隨著芯片集成度的提高，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)所面臨的集成問(wèn)題也日漸突出，因此，新型存儲(chǔ)概念，新型存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和新型材料概念的提出也就變得順理成章了。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)現(xiàn)如今對(duì)于存儲(chǔ)密度、非破壞性操作、低功耗節(jié)能、數(shù)據(jù)保持和耐疲勞性能都有著更高的要求。相比較于其他新型存儲(chǔ)概念，阻變式存儲(chǔ)器(ResistiveRandom-Access Memory)憑借著其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電學(xué)性能優(yōu)異等特點(diǎn)，在業(yè)界擁有著廣泛的關(guān)注度。
　　目前，以氧為非金

3、屬元素的二元半導(dǎo)體材料在阻變存儲(chǔ)器中的應(yīng)用和研究有著比較久的歷史，但以氮為非金屬元素的二元半導(dǎo)體材料則鮮有報(bào)道，并且其電學(xué)作用機(jī)理和實(shí)用性也有待進(jìn)一步的考證和研究。
　　本文主要針對(duì)二元金屬氮化物的制備和成膜以及其應(yīng)用于阻變存儲(chǔ)器介質(zhì)材料的電學(xué)性能進(jìn)行的研究和表征。論文主要分為以下四個(gè)部分:
　　一、利用傳統(tǒng)的反應(yīng)直流磁控濺射(Reactive Magnetron Sputtering)方法和新興的等離子體浸沒(méi)式注入(Pla

4、sma Immersion Ion Implantation)方法分別進(jìn)行氮化銅(CuxN)薄膜材料的制備。利用X射線衍射方法、表征出了兩種方法制備的薄膜有著不同的晶體取向結(jié)構(gòu);利用X射線光電子能譜方法，表征出了兩種方法制備的薄膜有著不同的化學(xué)鍵組成，通過(guò)這些物性表征結(jié)果，結(jié)合Ni/CuxN/Cu阻變存儲(chǔ)器件單元的電學(xué)性能，以討論不同制備方法對(duì)氮化銅阻變存儲(chǔ)器電學(xué)性能的影響。
　　二、利用退火工藝及等離子體浸沒(méi)式注入方法對(duì)氮化銅薄

5、膜進(jìn)行后端工藝改性處理，利用以上提到的一些物性表征手段，對(duì)其的表面形貌，化學(xué)鍵成鍵和薄膜組分進(jìn)行參數(shù)化表征和研究，同樣將其應(yīng)用于阻變存儲(chǔ)器介質(zhì)材料，并對(duì)其操作電壓、高低組態(tài)、以及電學(xué)耐疲勞循環(huán)性能進(jìn)行電學(xué)表征，研究其電壓及電阻態(tài)與退火溫度及氧等離子體表面處理時(shí)各項(xiàng)參數(shù)的變化的關(guān)系，另外對(duì)氧等離子體處理的CuxN∶O薄膜進(jìn)行熱沖擊，考察RRAM器件的性能。
　　三、利用脈沖激光沉積(Pulse Laser Deposition)方法

6、制備氮化鋁薄膜材料，在調(diào)整制備時(shí)間、工作氣壓、襯底溫度等參數(shù)的情況下，利用掃描電子顯微鏡、X射線衍射、原子力顯微鏡等表征方法對(duì)薄膜的生長(zhǎng)進(jìn)行參數(shù)研究，為其應(yīng)用在阻變存儲(chǔ)領(lǐng)域而做好制備上的準(zhǔn)備。
　　四、在氮化鋁薄膜材料上淀積金屬電極材料(Pt，Ni，Mo)使得其形成M/AlN/M結(jié)構(gòu)，并且表征其阻變電學(xué)性能。通過(guò)研究，試圖解釋氮化鋁阻變存儲(chǔ)器單元的普遍機(jī)理，探討缺陷及活性電極材料在阻變開(kāi)關(guān)過(guò)程中的作用，同樣，對(duì)Ni，Mo作為上電極