硅基高κ介質(zhì)阻變存儲(chǔ)器的制備工藝與特性.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、半導(dǎo)體邏輯器件和存儲(chǔ)器件是集成電路中最重要的兩個(gè)部分。近年來,隨著集成電路工藝的發(fā)展,半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的特征尺寸已經(jīng)縮小到30nm以下。在器件尺寸減小和工藝改進(jìn)的同時(shí),也帶來了新的材料、結(jié)構(gòu)和物理問題。為了提高存儲(chǔ)器件的性能,尋找可以替代動(dòng)態(tài)隨機(jī)讀寫存儲(chǔ)器和閃存等現(xiàn)有的器件,目前國際上正在研究多種新型器件,包括鐵電存儲(chǔ)器、磁阻存儲(chǔ)器、相變存儲(chǔ)器以及阻變存儲(chǔ)器(RRAM)。其中,RRAM由于結(jié)構(gòu)簡單、讀寫速度快、功耗低以及與現(xiàn)有CMOS工藝

2、兼容等優(yōu)點(diǎn)受到了極大的關(guān)注。
  目前,RRAM研究中存在的最大問題是它的導(dǎo)電機(jī)理。由于RRAM使用的材料和結(jié)構(gòu)多樣性,實(shí)驗(yàn)中觀察到的器件性能也不盡相同,因此,國際上提出了多種不同的導(dǎo)電機(jī)理和相關(guān)模型,但是還缺乏一種普適模型,可以很好指導(dǎo)器件的開發(fā)和改進(jìn)。另外,近年發(fā)現(xiàn)一些RRAM結(jié)構(gòu)中存在整流特性,這一特性在器件應(yīng)用中具有重要意義,可以簡化RRAM的電路結(jié)構(gòu)。但是,目前我們對(duì)整流效應(yīng)的機(jī)理和器件結(jié)構(gòu)的關(guān)系還缺乏深入地了解。第三,

3、對(duì)器件的應(yīng)用而言,結(jié)構(gòu)和特性的優(yōu)化,以及器件的可靠性等是非常重要的,還需要大量的進(jìn)一步的研究。
  針對(duì)目前RRAM中存在的關(guān)鍵問題,本論文研究硅基高κ介質(zhì)RRAM的制備工藝與特性,包括導(dǎo)電機(jī)理、整流特性、溫度特性、面積特性、噪聲特性和結(jié)構(gòu)優(yōu)化。具體有:(1)制備了具有不同面積、不同高κ介質(zhì)材料和金屬電極的RRAM樣品。(2)對(duì)樣品進(jìn)行了電學(xué)測(cè)量和分析,包括不同溫度下的阻態(tài)轉(zhuǎn)換和整流等Ⅳ特性,隨機(jī)電報(bào)噪聲和1/f噪聲特性。(3)提

4、出了一種新的RRAM導(dǎo)電機(jī)理和相關(guān)等效電阻模型,通過模型與實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較,提出了一個(gè)對(duì)應(yīng)的RRAM工作能帶圖。
  本論文的創(chuàng)新結(jié)果有:(1)我們發(fā)現(xiàn)RRAM的總電阻是由半導(dǎo)體/介質(zhì)界面、介質(zhì)層和介質(zhì)/金屬界面三個(gè)電阻串聯(lián)構(gòu)成,在不同的工作條件和阻態(tài)下,各個(gè)電阻對(duì)Ⅳ特性具有不同的影響。(2)在RRAM的導(dǎo)電機(jī)理分析中,我們發(fā)現(xiàn)電子的輸運(yùn)需要聲子輔助。利用聲子輔助模型,所有實(shí)驗(yàn)結(jié)果能夠得到很好地解釋。(3)由上述等效電阻模型和聲子輔

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