本文關(guān)鍵詞：基于氧化鉿阻變存儲(chǔ)器件的構(gòu)建及機(jī)理研究

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【摘要】：隨著超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，集成電路的特征尺寸越做越小，我們常用的Flash存儲(chǔ)器，由于尺寸縮小后電荷泄露，正遇到技術(shù)瓶頸。阻變存儲(chǔ)器（RRAM）是一種結(jié)構(gòu)簡單的非揮發(fā)性的存儲(chǔ)器，其結(jié)構(gòu)單元為金屬-絕緣體-金屬（M-I-M）的三明治結(jié)構(gòu)；讀寫速度快，可達(dá)到納秒量級；集成密度高，可縮小至幾個(gè)納米的特征尺寸。因此阻變存儲(chǔ)器很可能成為取代Flash存儲(chǔ)器的下一代非揮發(fā)存儲(chǔ)器。在RRAM的研究過程中，阻變機(jī)理、低功耗、多值存儲(chǔ)等一直是該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。 本文中采用疊層結(jié)構(gòu)的方法，制備出低功耗、多值HfO2阻變器件，，并且運(yùn)用導(dǎo)電機(jī)理、電容特性、溫度特性等分析阻變機(jī)理。 在基礎(chǔ)工藝方面，由磁控濺射TiN電極，通過使用襯底偏壓增強(qiáng)濺射離子能量，制備出亞納米量級平整度、高電導(dǎo)率的TiN電極；使用射頻磁控濺射工藝，沉積出慢沉積速率（1nm/min）、亞納米量級表面平整度的HfO2介質(zhì)薄膜。 首先，研究了單層阻變層的Ni/HfO2/TiN結(jié)構(gòu)的阻變特性。通過溫度特性對導(dǎo)電機(jī)理進(jìn)行研究，低阻態(tài)為金屬特性，高阻態(tài)為Ni/HfO2形成的肖特基發(fā)射。 其次，通過快速熱氧化（RTO）工藝，在TiN電極上制備6nm的低電阻TiOx薄膜，其具有較高電子注入能量，形成Ni/HfO2/TiOx/TiN結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有nA量級的阻變，通過理論分析，阻變機(jī)理為SCLC阻變機(jī)理。通過同樣的方法，使用RTO工藝，在TiN電極上制備6nm的AlOx薄膜，AlOx為寬禁帶半導(dǎo)體，提供了一個(gè)電子遂穿層，Ni/HfO2/AlOx/TiN同樣能實(shí)現(xiàn)幾十nA量級的阻變。 最后，引進(jìn)了新型VOx材料應(yīng)用于HfO2阻變器件。Al/VOx/CuO/Cu具有不對稱的雙向限流作用，與Ni/HfO2/TiOx/TiN器件進(jìn)行串聯(lián)，為該HfO2阻變器件提供限流，形成1C1R結(jié)構(gòu)。通過HfO2、VOx疊層結(jié)構(gòu)，Cu/VOx/HfO2/TiN實(shí)現(xiàn)低功耗和多值存儲(chǔ)，并通過電化學(xué)蒙特卡洛模擬，與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相一致。 本文以研究基于HfO2阻變存儲(chǔ)器件的機(jī)理為阻變器件的設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，通過在HfO2和TiN電極界面插入TiOx、AlOx介質(zhì)層，實(shí)現(xiàn)了nA級低功耗HfO2阻變器件；并通過引進(jìn)新型VOx材料，實(shí)現(xiàn)1C1R新型器件結(jié)構(gòu)，HfO2/VOx疊層結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)低功耗，多值存儲(chǔ)。
【學(xué)位授予單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TP333

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前3條

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本文編號(hào)：1248520