【摘要】：基于電荷存儲(chǔ)的傳統(tǒng)非易失存儲(chǔ)技術(shù)越來越難以滿足大數(shù)據(jù)時(shí)代對(duì)海量信息的存儲(chǔ)需求,亟需發(fā)展基于新材料、新原理的非易失存儲(chǔ)技術(shù)�；陉栯x子電化學(xué)效應(yīng)的阻變存儲(chǔ)器具有結(jié)構(gòu)簡單、速度快、功耗低、可縮小性好、易于三維集成等優(yōu)點(diǎn),被認(rèn)為是下一代非易失存儲(chǔ)器的有力競爭者。然而,器件參數(shù)離散性大以及阻變機(jī)制不清晰嚴(yán)重阻礙了該類器件的快速發(fā)展。近幾年,國內(nèi)外學(xué)者通過材料和結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)顯著提高了器件的性能,借助先進(jìn)的表征技術(shù)闡明了器件電阻轉(zhuǎn)變的微觀機(jī)制,為陽離子基阻變存儲(chǔ)器的大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用奠定了科學(xué)基礎(chǔ)。從材料改性、器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和微觀機(jī)制表征三個(gè)方面綜述了陽離子基阻變存儲(chǔ)器的研究進(jìn)展,并對(duì)其未來的研究方向和發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望。
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圖片說明： 物理和化學(xué)反應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)材料的摻雜。中科院微電子研究所劉明院士團(tuán)隊(duì)［20－21］首次采用了離子注入的方法，研究了ZrO2中摻雜Zr，Au，Ti等離子對(duì)器件阻變性能的改善。以Ti摻雜為例，首先在Pt電極上生長70nm的ZrO2薄膜，然后通過離子注入(注入的劑量為1×1012cm－2，50keV)將Ti離子注入到ZrO2薄膜中，最后在400℃下退火120s。相對(duì)于沒有離子注入的原始器件Cu/ZrO2/Pt，通過離子注入制備的Cu/ZrO2:Ti/Pt操作電壓明顯降低，而且操作電壓和高低阻態(tài)的分布也更加集中，如圖1所示。并且，圖1Ti離子注入前后器件的阻變特性:(a)～(b)Ti離子注入前和注入后的器件的電壓掃描曲線(10次循環(huán));(c)～(d)Ti離子注入前和注入后的電壓參數(shù)和高低阻態(tài)的分布［20］Fig.1TheresistiveswitchingcharacteristicsoftheCu/ZrO2/PtandCu/ZrO2:Ti/Ptdevices:(a)～(b)TheDCsweepingcharacteristics，(c)～(d)Theoperationvoltagesandresistancesdistributions［20］82
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圖片說明： 生一些顯著的變化。GuanW等［22］報(bào)道了Cu摻雜的ZrO2薄膜中無極性轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象。首先通過電子束蒸發(fā)工藝在兩層ZrO2薄膜中插入一層3nm的Cu薄膜，，從而制備成Cu/ZrO2∶Cu/Pt器件。該器件表現(xiàn)出性能優(yōu)良的無極性轉(zhuǎn)變特性，如圖2所示。并且隨后的測試表明，高低阻態(tài)能夠在常溫下保持10年以上。隨后，Wang等在兩層HfO2薄膜中插入3nm的Cu薄膜，制備出的Cu/HfO2∶Cu/Pt器件也展現(xiàn)出優(yōu)良的無極性轉(zhuǎn)變特性，器件的存儲(chǔ)窗口達(dá)到107以上，超過100次以上的循環(huán)，保持性能好，而且展現(xiàn)出多值存儲(chǔ)的潛力。圖2Cu/ZrO2∶Cu/Pt器件的無極性轉(zhuǎn)變特性。插圖(a)是器件在直流掃描下的重復(fù)特性;插圖(b)是對(duì)數(shù)坐標(biāo)的I－V曲線［22］Fig.2ThenonpolarswitchingofCu/ZrO2∶Cu/Pt．Inset(a)showsthereproducibilityoftheresistiveswitchinginDCsweepingmode．Inset(b)showstheI－Vfittingresultinlog－logscale［22］熱退火主要是將材料暴露在高溫中一段時(shí)間，然后再慢慢冷卻的熱處理過程。在加熱的過程中，一部分金屬材料的熱擴(kuò)散效應(yīng)將會(huì)加劇，從而實(shí)現(xiàn)摻雜過程。Chen等［23］利用熱退火的方法制備了Cu摻雜的Pt/AlN∶Cu/Pt，該器件展示出了優(yōu)良的無極性阻變性能。Luo等［24］利用熱退火方法制備了摻雜的Cu/Cu－doped－HfO2/Pt器件，該器件表現(xiàn)出了特殊的閾值開關(guān)阻變特性，可以用在交叉陣列中作為選通管。在阻變層中實(shí)現(xiàn)摻雜的另一種手段是共濺射，通過控制轟擊靶材的能力，就可以實(shí)現(xiàn)不同濃度的摻雜。Tsai等［25］利用共濺射的方法在SiOx中摻雜Zr，射頻濺射的能量分別為200W和20W，從而制備了SiOx∶Zr薄膜的阻變器件，該器件的操作電壓較低、電壓分布更加緊湊、高低阻態(tài)分布更加穩(wěn)定而且循?
【作者單位】： 中國科學(xué)院微電子研究所;
【基金】：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(61422407,61474136)
【分類號(hào)】：TP333

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1 朱文遠(yuǎn);趙傳山;;適于高封閉抄紙系統(tǒng)的造紙用兩性聚丙烯酰胺[A];山東造紙學(xué)會(huì)第十一屆學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2006年

本文編號(hào)：2516025