CuxSiyO阻變存儲器尺寸微縮、均勻性和操作極性的研究.pdf

1、隨著器件尺寸不斷地縮小，傳統(tǒng)的Flash存儲技術即將到達它的物理極限。阻變存儲器因其結(jié)構簡單、可微縮化、讀寫速度快、功耗低、與CMOS工藝兼容性好、成本低等優(yōu)點，被認為是最有可能替代Flash的新型存儲技術之一。本文基于新型的CuxSiyO阻變存儲技術對阻變存儲器研究領域中一系列熱點和難點問題展開了研究。這些問題包括器件尺寸的微縮能力、參數(shù)的均勻性、bipolar和unipolar兩種操作模式。
　　為了能夠在高密度存儲領域替代N

2、AND Flash，阻變存儲器需要證明其器件尺寸至少能夠微縮到20nm技術代。本文基于0.13um邏輯工藝制造的1M bit CuxSiyO阻變存儲器芯片，采用了spacer pattern工藝制造了通孔尺寸為40nm、55nm、70nm和90nm（分別對應22nm、32nm、45nm、65nm技術代）的阻變單元。測試結(jié)果表明，CuxSiyO阻變存儲器能正常工作在22nm技術代，具有很好的器件尺寸微縮能力。另一方面，當器件尺寸小于90n

3、m后，低阻態(tài)阻值會隨著器件尺寸的減小而增大，RESET相應地呈線減小。對于40nm器件，其RESET電流僅為30uA，是190nm器件的1/5。這進一步增強了小尺寸阻變存儲器的優(yōu)勢。
　　參數(shù)不均勻性是阻變存儲器應用的最大難題之一。參數(shù)不均勻會導致電壓、電阻窗口變小甚至消失，也導致器件操作需要更復雜的算法和電路來實現(xiàn)。本文提出了阻變存儲器芯片的測試方法和測試平臺，從而能在大容量的陣列上采集均勻性相關的數(shù)據(jù)。本文同時討論了如何用物理

4、手段和電學手段來檢測電阻的不均勻性。測試結(jié)果表明CuxSiyO阻變存儲器的初始態(tài)不均勻性是由CuxSiyO薄膜的品質(zhì)和厚度不均勻造成的。本文還研究了制備工藝條件以及陣列的大小對均勻性的影響，并提出了優(yōu)化了的工藝條件和陣列大小。
　　阻變存儲器可以按SET/RESET的操作電壓方向是否相同分為bipolar型和unipolar型。Bipolar型具有無SET/RESET干擾、操作電流小等優(yōu)點;unipolar型具有操作簡單、與二極管

5、兼容等優(yōu)勢。傳統(tǒng)的CuxSiyO阻變存儲器能夠穩(wěn)定的工作在bipolar模式下。本文研究發(fā)現(xiàn)，在一定的forming條件下CuxSiyO阻變存儲器也能穩(wěn)定工作在unipolar模式下。低阻態(tài)傳導特性和電阻溫度曲線的測量表明:bipolar是由空穴導電的，而unipolar型是由金屬離子導電的。本文亦提出了，通過控制操作條件，CuxSiyO存儲器可以根據(jù)不同應用場合的需要分別工作在bipolar和unipolar模式下。
　　希望通