本文選題：阻變存儲器 + 尺寸微縮�。� 參考：《復(fù)旦大學(xué)》2013年碩士論文

【摘要】：隨著器件尺寸不斷地縮小,傳統(tǒng)的Flash存儲技術(shù)即將到達(dá)它的物理極限。阻變存儲器因其結(jié)構(gòu)簡單、可微縮化、讀寫速度快、功耗低、與CMOS工藝兼容性好、成本低等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是最有可能替代Flash的新型存儲技術(shù)之一。本文基于新型的CuxSiyO阻變存儲技術(shù)對阻變存儲器研究領(lǐng)域中一系列熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題展開了研究。這些問題包括器件尺寸的微縮能力、參數(shù)的均勻性、bipolar和unipolar兩種操作模式。 為了能夠在高密度存儲領(lǐng)域替代NAND Flash,阻變存儲器需要證明其器件尺寸至少能夠微縮到20nm技術(shù)代。本文基于0.13um邏輯工藝制造的1Mbit CuxSiyO阻變存儲器芯片,采用了spacer pattern工藝制造了通孔尺寸為40nn、55nm、70nm和90nm(分別對應(yīng)22nm、32nm、45nm、65nm技術(shù)代)的阻變單元。測試結(jié)果表明,CuxSiyO阻變存儲器能正常工作在22nm技術(shù)代,具有很好的器件尺寸微縮能力。另一方面,當(dāng)器件尺寸小于90nm后,低阻態(tài)阻值會隨著器件尺寸的減小而增大,RESET相應(yīng)地呈線減小。對于40nm器件,其RESET電流僅為30uA,是190nm器件的1/5。這進(jìn)一步增強(qiáng)了小尺寸阻變存儲器的優(yōu)勢。 參數(shù)不均勻性是阻變存儲器應(yīng)用的最大難題之一。參數(shù)不均勻會導(dǎo)致電壓、電阻窗口變小甚至消失,也導(dǎo)致器件操作需要更復(fù)雜的算法和電路來實(shí)現(xiàn)。本文提出了阻變存儲器芯片的測試方法和測試平臺,從而能在大容量的陣列上采集均勻性相關(guān)的數(shù)據(jù)。本文同時討論了如何用物理手段和電學(xué)手段來檢測電阻的不均勻性。測試結(jié)果表明CuxSiyO阻變存儲器的初始態(tài)不均勻性是由CuxSiyO薄膜的品質(zhì)和厚度不均勻造成的。本文還研究了制備工藝條件以及陣列的大小對均勻性的影響,并提出了優(yōu)化了的工藝條件和陣列大小。 阻變存儲器可以按SET/RESET的操作電壓方向是否相同分為bipolar型和unipolar型。Bipolar型具有無SET/RESET干擾、操作電流小等優(yōu)點(diǎn)；unipolar型具有操作簡單、與二極管兼容等優(yōu)勢。傳統(tǒng)的CuxSiyO阻變存儲器能夠穩(wěn)定的工作在bipolar模式下。本文研究發(fā)現(xiàn),在一定的forming條件下CuxSiyO阻變存儲器也能穩(wěn)定工作在unipolar模式下。低阻態(tài)傳導(dǎo)特性和電阻溫度曲線的測量表明：bipolar是由空穴導(dǎo)電的,而unipolar型是由金屬離子導(dǎo)電的。本文亦提出了,通過控制操作條件,CuxSiyO存儲器可以根據(jù)不同應(yīng)用場合的需要分別工作在bipolar和unipolar模式下。 希望通過這些問題的研究和討論,能夠加深對阻變機(jī)理的認(rèn)識、加快阻變存儲器的應(yīng)用。
[Abstract]:As the device size continues to shrink, the traditional Flash memory technology is about to reach its physical limit. Resistive memory is considered to be one of the most possible new memory technologies to replace Flash because of its advantages such as simple structure, miniaturization, fast reading and writing speed, low power consumption, good compatibility with CMOS process and low cost. Based on the new CuxSiyO resistive storage technology, a series of hot and difficult problems in the field of resistive memory are studied in this paper. These problems include the miniaturization capability of the device, the uniformity of parameters and the operation mode of unipolar and bipolar. In order to replace NAND flash in high-density memory, the resistive memory needs to prove that its device size can at least be reduced to the 20nm technology generation. Based on the 1Mbit CuxSiyO resistive memory chip fabricated by 0.13um logic process, the through hole size of 40nnnnnmnmnmO70nm and 90nm (corresponding to 22nmmP32nmP45nm / 65nm technology) has been fabricated by using spacer pattern process in this paper. The test results show that CuxSiyO resistive memory can work normally in 22nm technology, and it has a good capability of miniature device size. On the other hand, when the device size is smaller than 90nm, the low resistance state resistance will increase with the decrease of device size. For 40nm devices, the RESET current is only 30 UA, which is 1 / 5 of the 190nm device. This further enhances the advantage of small size resistive memory. Parameter inhomogeneity is one of the most difficult problems in the application of resistive memory. Nonuniform parameters will lead to voltage, resistance window become smaller or even disappear, and device operation needs more complex algorithms and circuits to achieve. In this paper, the test method and test platform of resistive memory chip are presented, which can collect homogeneity related data on large capacity array. This paper also discusses how to detect nonuniformity of resistance by physical and electrical means. The results show that the initial state inhomogeneity of CuxSiyO resistive memory is caused by the inhomogeneity of the quality and thickness of CuxSiyO films. The effects of the preparation conditions and the size of the array on the uniformity were also studied, and the optimized process conditions and the size of the array were proposed. Resistive memory can be divided into bipolar type and unipolar type .Bipolar type according to whether or not the operating voltage direction of set / RESET is the same or not. It has the advantages of simple operation and compatibility with diodes without set / RESET interference, low operating current and so on. The traditional CuxSiyO resistive memory can work stably in bipolar mode. In this paper, it is found that CuxSiyO resistive memory can work stably in unipolar mode under certain forming conditions. The measurements of the conduction characteristics of low resistance states and the resistance temperature curves show that the unipolar type is conductive by metal ions while the unipolar type is conductive by holes. It is also proposed that the CuxSiyO memory can be operated in bipolar and unipolar mode according to the needs of different applications by controlling the operating conditions. It is hoped that through the research and discussion of these problems, we can deepen the understanding of resistance mechanism and accelerate the application of resistive memory.
【學(xué)位授予單位】：復(fù)旦大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：TP333

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本文編號：2077161