本文關(guān)鍵詞： 阻變隨機存儲器 防串?dāng)_ 導(dǎo)電絲 總劑量效應(yīng) 均一性　出處：《湘潭大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：因具有結(jié)構(gòu)簡單、高集成密度、高開關(guān)比以及非揮發(fā)性存儲等諸多特性,二元金屬氧化物阻變隨機存儲器成為了一種極具應(yīng)用潛力的新型半導(dǎo)體存儲器。然而要實現(xiàn)阻變存儲器的應(yīng)用,面臨的一個重要問題就是如何抑制內(nèi)部和外部環(huán)境產(chǎn)生的干擾。內(nèi)部干擾主要是阻變單元在進(jìn)行高密度集成后,臨近單元之間會形成潛行電流,對正常工作的單元產(chǎn)生串?dāng)_。外部干擾的來源較多,其中輻射源的影響尤為顯著。阻變存儲器在經(jīng)過高劑量的輻照之后,單元參數(shù)的均一性會受到影響,甚至出現(xiàn)較大的波動。本文中采用二元金屬氧化物來制備阻變存儲單元,研究其防串?dāng)_特性和γ射線總劑量效應(yīng),并構(gòu)建相關(guān)模型對轉(zhuǎn)變機制進(jìn)行深入剖析。本文主要研究內(nèi)容和結(jié)果如下:(1)設(shè)計了Pt/Cu2O/FTO單元。利用外加電場來控制Cu2O薄膜內(nèi)部導(dǎo)電絲的變化,以實現(xiàn)互補型電阻轉(zhuǎn)變并抑制其串?dāng)_現(xiàn)象。首先制備了Pt/Cu2O/FTO單元,然后在外加電場作用下,控制Cu2O薄膜內(nèi)部導(dǎo)電絲的生成與區(qū)域性斷裂來實現(xiàn)互補型電阻轉(zhuǎn)變。該單元在低壓區(qū)的電阻較大,用于存儲的兩個狀態(tài)均為高阻態(tài),因此串?dāng)_現(xiàn)象受到明顯的抑制。相比于傳統(tǒng)的互補型單元,Pt/Cu2O/FTO單元在結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了有效的精簡,并且提高了可重復(fù)性。單元的各個存儲態(tài)具有穩(wěn)定的數(shù)據(jù)保持能力,高、低阻值之比可達(dá)103。(2)控制WOx中低值氧化物的含量來調(diào)控Pt/WOx/FTO單元的電學(xué)性能。利用不同的限制電流控制WOx薄膜中導(dǎo)電絲的生長,在Pt/WOx/Pt單元中實現(xiàn)多個電阻態(tài)和非線性轉(zhuǎn)變,達(dá)到多級存儲和抑制串?dāng)_的目的。制備了Pt/WOx/FTO單元并發(fā)現(xiàn)其具有閾值轉(zhuǎn)變特性。在制備過程中加入強還原性的水合肼,發(fā)現(xiàn)薄膜中低值氧化物的含量有所增加,單元具有顯著的非線性轉(zhuǎn)變特性,非線性比達(dá)到4個數(shù)量級以上。改變WOx的制備條件,并在Pt襯底上生長薄膜,制備Pt/WOx/Pt單元。通過控制限制電流的大小,單元中可以穩(wěn)定的存在5個不同的低阻態(tài)。Pt/WOx/Pt單元同時具備存儲和抑制潛行電流的能力。通過價態(tài)分析發(fā)現(xiàn),WOx內(nèi)部存在低價鎢,且包含缺陷態(tài)的氧。因此,WOx內(nèi)部會存在一定量的缺陷,而基于缺陷的轉(zhuǎn)變機制主導(dǎo)了單元的阻變行為。(3)設(shè)計了Pt/Cu2O/WOx/FTO單元。利用Cu2O/WOx p-n結(jié)的限流效應(yīng)、軟擊穿效應(yīng)以及Cu2O薄膜內(nèi)部導(dǎo)電絲的生成與斷裂過程來抑制串?dāng)_現(xiàn)象。在Cu2O和下電極FTO之間植入了WOx層并制備了Pt/Cu2O/WOx/FTO單元。當(dāng)Cu2O薄膜內(nèi)部形成導(dǎo)電絲時,Cu2O/WOx p-n結(jié)在負(fù)向低壓區(qū)的電流受限,該單元依然處于高阻態(tài),此狀態(tài)定義為“0”。逐漸增大負(fù)向電壓,Cu2O/WOx p-n結(jié)會發(fā)生軟擊穿,使單元轉(zhuǎn)變?yōu)榈妥钁B(tài),此狀態(tài)定義為“on”。繼續(xù)增大負(fù)向電壓,Cu2O薄膜內(nèi)部的導(dǎo)電絲發(fā)生斷裂。但是Cu2O/WOx p-n結(jié)依然處于軟擊穿狀態(tài),單元重回高阻態(tài),此狀態(tài)定義為“1”。其中,狀態(tài)“0”和“1”用于存儲。由于兩個狀態(tài)均為高阻態(tài),所以此單元可以有效抑制串?dāng)_現(xiàn)象。該單元無需外接開關(guān)裝置,易于進(jìn)行3D集成;同時大大降低了讀取電壓值;高、低阻值之比可達(dá)2400,單元擁有較高的理論集成密度(108 bit)。(4)利用WOx薄膜內(nèi)部的氧空位來實現(xiàn)電阻轉(zhuǎn)變,減小輻照后氧缺陷濃度變化帶來的影響。對Pt/WOx/Pt單元輻照前后的參數(shù)進(jìn)行了全面分析。制備Pt/WOx/Pt阻變單元并進(jìn)行60Coγ射線總劑量效應(yīng)研究。在經(jīng)受了總劑量500 krad(Si)的輻照后,Pt/WOx/Pt單元依然具有明顯的電阻轉(zhuǎn)變特性,尤其是單元的參數(shù)具有較好的均一性。這大大改善了輻照后單元參數(shù)均一性差的問題。對輻照前后的樣品進(jìn)行對比測試發(fā)現(xiàn),樣品在輻照后可以基本保持原來的存儲狀態(tài),同時高低阻值之比基本維持不變。
[Abstract]:In this paper , Pt / Cu2O / FTO cells are fabricated by using binary metal oxides . A Pt / Cu 2O / WOx / FTO unit has been designed and fabricated by using the current limiting effect of Cu2O / WOx p - n junction , the soft breakdown effect and the formation and breaking process of the inner conductive wire in Cu2O film .

【學(xué)位授予單位】：湘潭大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TB383.2;TP333

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 李穎_";龍世兵;呂杭炳;劉琦;劉肅;劉明;;電阻轉(zhuǎn)變型非揮發(fā)性存儲器概述[J];科學(xué)通報;2011年24期

2 王永;管偉華;龍世兵;劉明;謝常青;;阻變式存儲器存儲機理[J];物理;2008年12期

，

本文編號：1477930