【摘要】：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步,我們已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)信息產(chǎn)業(yè)規(guī)模化的時(shí)期,信息存儲(chǔ)技術(shù)已經(jīng)滲透到了各行各業(yè)。阻變存儲(chǔ)器(RRAM)因具備簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)、高存儲(chǔ)密度、低功耗、運(yùn)行速度快的特點(diǎn)而被廣泛關(guān)注,并且RRAM在信息存儲(chǔ)、邏輯運(yùn)算、神經(jīng)突觸模擬等方面具有巨大的應(yīng)用潛力。阻變存儲(chǔ)器具有金屬-半導(dǎo)體-金屬(Metal-Insulator-Metal)的MIM“三明治”結(jié)構(gòu),其中Metal層為頂電極和底電極,Insulator層為夾在兩電極中間的阻變絕緣層材料。目前,由金屬陽(yáng)離子和氧空位所構(gòu)成的導(dǎo)電細(xì)絲的通斷被廣泛認(rèn)為是RRAM器件的阻變機(jī)制。由于簡(jiǎn)單的三層結(jié)構(gòu),導(dǎo)電細(xì)絲的形成與斷裂的位置、尺寸、和微觀形貌具有很大的隨機(jī)性,從而直接影響了RRAM的運(yùn)行穩(wěn)定性。通常的解決辦法是改造傳統(tǒng)器件結(jié)構(gòu)模型,使內(nèi)部電場(chǎng)的分布更加局域化,減小導(dǎo)電細(xì)絲生長(zhǎng)的隨機(jī)性,提高RRAM器件穩(wěn)定性。而非晶碳(a-C)材料作為一種內(nèi)部結(jié)構(gòu)可調(diào)性的環(huán)保材料,可以利用其石墨化的特點(diǎn),制備出具有良好導(dǎo)電性的納米級(jí)島狀石墨(Graphite microislands,GMs)薄膜,將其運(yùn)用到RRAM性能提升的研究中。本文將利用非晶碳石墨化的調(diào)控手段,對(duì)制備高穩(wěn)定性RRAM的方法進(jìn)行探索,主要研究?jī)?nèi)容如下:1.利用金屬銅(Cu)和鎳(Ni)對(duì)非晶碳薄膜進(jìn)行催化工藝調(diào)控,實(shí)現(xiàn)非晶碳向石墨化的轉(zhuǎn)變。隨后控制不同的退火溫度、碳層厚度,對(duì)非晶碳材料石墨化程度進(jìn)行了詳細(xì)調(diào)控。通過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析,表明金屬Ni是優(yōu)良的非晶碳石墨化催化劑。并利用Ni對(duì)非晶碳進(jìn)行催化,制備出具有良好導(dǎo)電性的GMs薄膜,為后期調(diào)控RRAM器件提供材料基礎(chǔ);2.開(kāi)展非晶碳石墨化對(duì)RRAM性能提升的研究。非晶碳石墨化獲得的GMs薄膜作為RRAM器件插層置于底電極與阻變層之間,利用GMs能夠局域電場(chǎng)的作用,從而提升RRAM運(yùn)行的穩(wěn)定性。為了驗(yàn)證該方法的普適性,我們將GMs薄膜插層分別運(yùn)用到碳基RRAM和金屬氧化物RRAM器件中。我們制備了Cu/a-C/GMs/Ni和Au/Ta_2O_5/GMs/Ni的改良RRAM器件,同時(shí),為了對(duì)比研究我們也制作了Cu/a-C/Ni和Au/Ta_2O_5/Ni對(duì)比器件;然后分別對(duì)改良前后的器件進(jìn)行詳細(xì)測(cè)試,將測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,驗(yàn)證了當(dāng)有GMs存在時(shí),具有尖端導(dǎo)電的石墨會(huì)起到局域電場(chǎng)的作用。有效的減弱器件中導(dǎo)電細(xì)絲生長(zhǎng)的隨機(jī)性,使RRAM在運(yùn)行過(guò)程中表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性和循環(huán)耐久性,本工作為改善RRAM的性能研究提供了一種有效方法。
【學(xué)位授予單位】：東北師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TP333;TB383.2;O613.71

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本文編號(hào)：2637118