發(fā)布時間：2018-05-27 12:34

  本文選題：氧化鋅 + 阻變存儲器��； 參考：《天津理工大學》2012年碩士論文

【摘要】：近年來，由于存儲器的快速發(fā)展，鑒于傳統(tǒng)非揮發(fā)性Flash存儲器在集成電路工藝32nm以下時技術(shù)節(jié)點的發(fā)展瓶頸，新型非揮發(fā)阻變存儲器RRAM以其特征尺寸小、存儲單元結(jié)構(gòu)簡單、讀寫速度更快、集成度更高、更低功耗，與現(xiàn)有半導體CMOS工藝相兼容的特點，引起了廣泛關(guān)注和研究。ZnO以其良好的電學特性成為了阻變存儲器的研究對象。 本論文主要研究結(jié)構(gòu)為金屬-絕緣體-金屬(MIM)的氧化鋅基阻變存儲單元的構(gòu)建及其開關(guān)特性。采用超高真空磁控濺射法制備ZnO阻變功能層及電極薄膜；并利用原子力顯微鏡(AFM)，掃描電子顯微鏡(SEM)，，半導體參數(shù)分析儀(SPA)，X射線衍射(XRD)，四探針電阻測試儀，臺階儀等分別對其物理微觀結(jié)構(gòu)、電學開關(guān)特性進行表征。 具體研究內(nèi)容及結(jié)果如下： 1）本文分析了氧分壓、基底溫度、薄膜厚度等工藝條件對ZnO薄膜生長及其性能的影響。測試結(jié)果表明，在氧分壓為60%，200℃條件下生長的ZnO表面形貌與電學特性最佳；ZnO薄膜厚度只影響Forming電壓，厚度越大，F(xiàn)orming電壓越大，對Set和Reset電壓基本不影響。 2）分析了不同電極對于ZnO基阻變存儲單元電學開關(guān)性能的影響。通過沉積下電極材料Cu、Al、Ag、Au、Pt，并對ZnO基存儲單元進行電學測試，以Cu、Au、Pt為下電極時具有可逆的單極阻變特性，原因是三者與ZnO形成了較低的肖特基勢壘；由于Ag與ZnO薄膜形成較高的肖特基勢壘，觀測到雙極阻變特性；Al電極沒有測試到阻變現(xiàn)象，分析認為是由于Al電極被氧化的原因。淺析了在有效減小上電極尺寸的條件下，明顯降低了Reset電流，并且可增大阻變存儲單元的高阻態(tài)值達106之多，從而提高了RRAM存儲單元的穩(wěn)定性和可靠性。 3）設(shè)計并制備了1C1R的RRAM存儲單元ZnO/Metal/SiO2/Metal/Substrate，以降低Set與Reset電壓來減小RRAM功耗；經(jīng)電學測試，1C1R結(jié)構(gòu)的RRAM，利用電容在外加正負偏壓下，電容本身的充-放電機制，可以有效減小ZnO雙極性阻變轉(zhuǎn)換過程中的Set和Reset電壓，差值可達0.6V，從而減小了ZnO基存儲單元功耗。從降低Reset電流方面，淺析了用來降低功耗的P/N型疊層結(jié)構(gòu)。 總之，本文主要是從制備工藝、電極、設(shè)計并制備新型1C1R結(jié)構(gòu)等方面對ZnO基阻變存儲單元進行研究。對于ZnO基RRAM的阻變特性及有效降低ZnO基存儲單元功耗等方面進行了探索，為下一步非揮發(fā)性阻變存儲器的研究以及應用奠定了基礎(chǔ)。
[Abstract]:In recent years, due to the rapid development of memory, because of the bottleneck of the development of traditional non-volatile Flash memory when the technology node is below 32nm, the new non-volatile resistive memory (RRAM) is characterized by its small size and simple memory cell structure. The characteristics of faster reading and writing, higher integration and lower power consumption, which are compatible with the existing semiconductor CMOS process, have attracted wide attention and research. CMOS has become the research object of resistive memory due to its good electrical properties. In this paper, the construction and switching characteristics of zinc oxide based resistive memory cells with metal-insulator-metal MIM structure are studied. ZnO resistive functional layer and electrode thin film were prepared by ultra-high vacuum magnetron sputtering method, and the atomic force microscope (AFM), scanning electron microscope (SEM), semiconductor parameter analyzer (SPA), X-ray diffraction (XRD) and four-probe resistance tester were used. The physical microstructure and the characteristics of electrical switch were characterized by step meter. The specific contents and results of the study are as follows: 1) the effects of oxygen partial pressure, substrate temperature and film thickness on the growth and properties of ZnO thin films are analyzed. The results show that the best thickness of ZnO films grown at 60 鈩

本文編號：1942102