本文選題：非揮發(fā)性存儲器 + 氧基阻變存儲器��； 參考：《山東大學》2013年碩士論文

【摘要】：近年來,隨著智能手機、平板電腦、移動存儲等一系列高科技產(chǎn)品在人們生活中普及,非揮發(fā)性存儲器扮演著越來越重要的角色。然而,隨著工藝節(jié)點不斷向前推進,當前主流的基于浮柵結構的非揮發(fā)性存儲器Flash開始遇到嚴重的技術瓶頸。針對這一情況,國內外紛紛開展對下一代新型存儲技術的研究。其中,阻變存儲器以其速度快、功耗低、與傳統(tǒng)CMOS工藝相兼容等特點,被認為是下一代非揮發(fā)性存儲器的有力競爭者。然而,阻變存儲器還存在著很多問題,諸如：阻變機理不是足夠清晰,電學參數(shù)均一性不高等。 本論文選擇結構簡單、性能相對穩(wěn)定的以HfO2作阻變材料的氧基阻變存儲器作為研究器件,開展關于阻變機理和耐久性失效的相關研究工作。首先,通過調整制備器件的工藝參數(shù),以及器件阻變層和儲氧層的厚度,制備得到了性能指標相對理想的氧基阻變器件,結構為W/Ti/HfO2/Pt。 利用半導體參數(shù)分析儀對阻變器件的電學性能進行測試,分析了器件編程、擦除、循環(huán)操作等過程的電學性能。對1900次編程擦除循環(huán)的編程電壓、編程電流進行統(tǒng)計學分析,推斷編程過程的物理本質,得到了影響阻變過程的最直接因素是電場而不是電流的結論,電流引起的熱效應并不是本研究器件主要的阻變影響因素。這為之后的阻變機理模型的提出奠定了基礎。 提出了電場控制下的基于氧離子Hopping理論的阻變模型,對電場作用下氧離子遷移的物理過程進行了深刻剖析。利用提出的阻變機理模型進行推導計算,得出了擦除時間和所加電場之間的關系,并進行分析。此外,還計算了溫度對擦除時間和所加電場關系的影響。 設計實驗,利用脈沖發(fā)生器和示波器對器件的擦除時間進行測試,得到了施加不同電場下的擦除時間,并發(fā)現(xiàn)實驗值與利用模型推導出的理論值很好地吻合,說明了所提出模型的正確性。 根據(jù)氧基阻變器件的整個循環(huán)操作直至失效所表現(xiàn)出的電學性能特點,對器件耐久性失效情況進行了分析,提出了耐久性失效的兩個原因：氧離子流失和氧化層的負向擊穿。并設計對比實驗,研究了退火處理對阻變存儲器負向擊穿電壓的影響,得到了一種提高器件耐久性能的方法。
[Abstract]:In recent years, with the popularity of a series of high-tech products, such as smart phones, tablets, mobile storage and so on, non-volatile memory plays an increasingly important role. However, with the continuous progress of the process nodes, the current mainstream non-volatile memory Flash based on floating gate structure begins to encounter serious technical bottlenecks. In response to this situation, domestic and foreign research on the next generation of new storage technology has been carried out. Because of its high speed, low power consumption and compatibility with the traditional CMOS process, resistive memory is considered to be a strong competitor for the next generation of non-volatile memory. However, there are still many problems in resistive memory, such as: the mechanism of resistance is not clear enough, and the uniformity of electrical parameters is not high. In this thesis, a simple structure and relatively stable performance of oxygen based resistance memory (ORAM) with HfO2 as the resistive material is chosen as the research device, and the related research work on the resistance mechanism and durability failure is carried out. Firstly, by adjusting the process parameters of the fabricated devices and the thickness of the resistive layer and the oxygen storage layer, the oxygen based resistive devices with relatively ideal performance indexes are prepared. The structure is W / Ti / HfO _ 2 / Pt. The electrical properties of resistive devices are tested by using semiconductor parameter analyzer. The electrical properties of device programming, erasure and cycle operation are analyzed. The programming voltage and current of the erasure cycle for 1900 times are analyzed statistically, the physical essence of the programming process is inferred, and the conclusion that the most direct factor affecting the resistive process is the electric field rather than the current is obtained. The thermal effect caused by current is not the main factor of resistance. This lays a foundation for the later model of resistance mechanism. A resistive model based on oxygen ion Hopping theory is proposed under the control of electric field, and the physical process of oxygen ion migration under the action of electric field is deeply analyzed. The relationship between the erasure time and the applied electric field is derived and calculated by using the proposed resistance mechanism model, and the relationship between the erasure time and the applied electric field is analyzed. In addition, the effect of temperature on the erasure time and the applied electric field is also calculated. The erasure time of the device is tested by pulse generator and oscilloscope, and the erasure time under different electric field is obtained. It is found that the experimental value is in good agreement with the theoretical value derived from the model. The correctness of the proposed model is explained. According to the electrical characteristics of the whole cycle operation and failure of the oxygen based resistor device, the durability failure of the device is analyzed, and two reasons for the durability failure are put forward: the oxygen ion loss and the negative breakdown of the oxide layer. The effect of annealing treatment on the negative breakdown voltage of the resistive memory is studied and a method to improve the durability of the device is obtained.
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2013
【分類號】：TP333

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