基于二元金屬氧化物的阻變存儲器研究.pdf

1、隨著半導體工藝技術(shù)的迅猛發(fā)展，器件特征尺寸不斷縮小。當集成電路工藝技術(shù)節(jié)點達到32nm時，目前主流的基于電荷存儲機制的存儲器Flash的存儲機理逐漸接近物理極限。主要原因是隧穿氧化層厚度越來越薄，漏電流越來越大，導致隧穿氧化層無法有效存儲電荷。近年來，新型非揮發(fā)性存儲器RRAM憑借其器件結(jié)構(gòu)簡單、集成度高、存儲密度高、低功耗、器件尺寸可收縮性好、讀寫速度快和與傳統(tǒng)的CMOS工藝兼容等優(yōu)點最有希望取代Flash，在下一代新型非揮發(fā)性存儲器

2、領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。
　　本文首先對Cu/ZrO2/Pt器件進行了研究，測試數(shù)據(jù)表明Cu/ZrO2/Pt器件具有較好的雙極性阻變特性，同時分析了Cu/ZrO2/Pt器件的阻變機理。通過分析Cu/ZrO2/Pt器件的I-V特性曲線，我們可以經(jīng)常觀察到在SET和RESET過程中電流出現(xiàn)多次臺階式突變，由此可以推斷Cu/ZrO2/Pt器件具有實現(xiàn)多值存儲的潛能。測試過程中，我們通過設(shè)置不同幅值的限制電流得到了不同電阻值的低阻態(tài)，只要不同低

3、阻態(tài)的電阻值比大于10，就可以實現(xiàn)多值存儲。通過查閱文獻，我們了解到在下電極表面生長納米晶結(jié)構(gòu)可以局部增強阻變層薄膜中的電場強度，這樣導電細絲就會優(yōu)先沿著納米晶位置處生長，使得導電細絲的動態(tài)生長過程變得可控，進而可以改善器件性能。同時我們使用COMSOL軟件對含有納米晶結(jié)構(gòu)的RRAM器件進行了電場仿真，定性地證明了這個方法確實可行。通過對Cu/ZrO2/Pt器件進行測試，我們推測阻變層中存在兩個導電細絲，并使用COMSOL對導電細絲的生

4、長過程進行了仿真，詳細介紹了導電細絲的生長過程。另外我們制備了Au/TiO2/Au器件，并使用SRIM軟件仿真了質(zhì)子對Au/TiO2/Au器件造成的輻照損傷過程，SRIM軟件可以定量地模擬出不同能量的帶電粒子在RRAM功能層的不同深度處輻射造成的位錯損傷和產(chǎn)生的空位數(shù)量。當確定具體的粒子注量時，粒子注量乘以空位數(shù)量或者位錯數(shù)量就可以得到產(chǎn)生的空位密度或者位錯密度，這對研究輻射對RRAM器件特性造成影響的機理很有幫助。為以后研究阻變存儲器