【摘要】：隨著諸如手機、MP3、MP4、筆記本電腦等便攜式個人設(shè)備的逐漸流行,以及近年來計算機技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及新型大眾化電子產(chǎn)品的高速發(fā)展,非揮發(fā)性存儲器在半導(dǎo)體行業(yè)中扮演越來越重要的角色。非揮發(fā)性存儲器最大的優(yōu)點在于在無電源供應(yīng)時存儲的數(shù)據(jù)仍能長時間保持下來。目前市場上的非揮發(fā)性存儲器以閃存(Flash)為主流,占半導(dǎo)體存儲器市場的絕大份額。但是隨著半導(dǎo)體技術(shù)節(jié)點不斷向前推進,基于傳統(tǒng)浮柵結(jié)構(gòu)的Flash技術(shù)正遭遇到嚴重的技術(shù)瓶頸,其中最主要的問題就是Flash在器件尺寸縮小化過程中存在操作電壓大、操作速度慢、耐久力不夠好、功耗高等缺點,這在很大程度上限制了其在市場以及高科技領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。因此,業(yè)界對下一代非揮發(fā)性存儲器技術(shù)進行了大量的研究,目前已研制出多種有望取代Flash存儲器的新興非揮發(fā)性存儲器,如鐵電存儲器(FRAM)、磁存儲器(MRAM)、相變存儲器(PRAM)以及阻變存儲器(RRAM)。阻變存儲器由于其具有高的讀寫速度、低的功耗、高集成度、多值存儲能力、低成本等優(yōu)勢,因此引起了人們極大的興趣并一度成為現(xiàn)階段研究的熱點。本文將研究RRAM的注意力集中在材料組分更加簡單、制備過程更加容易、制造工藝與CMOS兼容的二元金屬氧化物上,主要開展了基于ZrO2、WO3以及TiO2材料RRAM器件電阻轉(zhuǎn)變特性以及電阻轉(zhuǎn)變機理方面的研究工作。 基于ZrO2材料制備了一種ZrO2:TiOx雙層結(jié)構(gòu)器件,實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn),當在Zr02和上電極材料之間插入一薄層的TiOx緩沖層能夠改善器件的電阻轉(zhuǎn)變特性,尤其是器件由高阻態(tài)向低阻態(tài)轉(zhuǎn)變所需要的Set電壓明顯降低。其次,選擇Ag作為電極材料制備了一種簡單的Au/ZrO2/Ag結(jié)構(gòu)器件,該器件具有更低的操作電壓(1V)、較高的電阻比率(104)、較快的操作速度(50ns)、接近100%的器件產(chǎn)率,并且該器件在室溫以及85℃都具有很好的保持特性。此外,我們對Cu/ZrO2:Cu/Pt器件中觀測到的不穩(wěn)定Reset現(xiàn)象的物理機制進行分析。 研究了不同電極材料對WO3薄膜電阻轉(zhuǎn)變特性的影響,發(fā)現(xiàn)Cu作為上電極的Cu/WO3/Pt結(jié)構(gòu)器件具有更好的電阻轉(zhuǎn)變特性,通過電學測試對導(dǎo)致這種優(yōu)良電阻轉(zhuǎn)變特性的原因作了分析。其次,對Cu/WO3/Pt結(jié)構(gòu)器件的多級存儲特性進行了研究,采用小步長的測試方法分析了引起這種多級存儲的物理機制。 在基于TiO2材料的RRAM器件方面,采用退火的方法改善器件的性能。其次,制備了一種與CMOS工藝完全兼容的具有Al/TiOx/Al簡單結(jié)構(gòu)的RRAM器件,并對這種器件的電阻轉(zhuǎn)變特性進行了研究。
【學位授予單位】：蘭州大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：TP333

【引證文獻】

相關(guān)博士學位論文 前1條

1 楊金;非揮發(fā)性阻變存儲器阻變機理及性能研究[D];安徽大學;2014年

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本文編號：2597368