【摘要】：近年來,RRAM器件作為下一代非易失存儲器應用的主要候選者已經(jīng)被廣泛地研究。其中基于SiN_x薄膜的RRAM器件憑借超低功耗、高速度、高集成度和與CMOS技術兼容等優(yōu)勢已經(jīng)成為當下的研究熱點。但是對其研究主要還處在機理分析和提升性能的階段,器件導電細絲的形成與斷裂過程還沒有明確定論。氮離子儲蓄區(qū)模型基于氮離子的電化學特性有效地解釋了器件的導電過程,本文從金屬電極角度出發(fā),研究金屬電極對氮離子儲蓄區(qū)的影響,從而進一步探索SiN_xRRAM器件的導電機理。具體研究內容如下:1、金屬頂電極種類對氮離子儲蓄區(qū)的影響。通過研究分析三種(Ta/SiN_x/Pt、Mo/SiN_x/Pt和Ag/SiN_x/Pt)器件的阻變特性和導電機制,進而構建氮離子儲蓄區(qū)導電模型。Ta電極與Ag電極器件表現(xiàn)出穩(wěn)定地雙極型開關特性,而Mo電極器件的阻變特性相對較差。Ag電極器件的導電溝道主要與金屬陽離子有關,Ta和Mo電極器件的導電溝道與Si懸掛鍵和氮離子相關,氮離子儲蓄區(qū)模型適用于導電溝道與氮離子有關的器件。由于Ta電極相比Mo電極活性更強,吸附氮的能力也更強,所以Ta電極器件具有更大的氮離子儲蓄區(qū),顯出更穩(wěn)定的阻變特性。因此,金屬電極的氮離子儲蓄區(qū)的大小直接影響了器件的阻變特性,通過使用活性更強的電極可以改善氮離子儲蓄區(qū)的大小,獲得性能更好地器件。2、金屬頂電極厚度對氮離子儲蓄區(qū)的影響。研究兩種厚度頂電極(薄電極:8nm、10nm、15nm,厚電極:30nm、40nm、50nm)Ta/SiN_x/Pt器件的阻變特性,厚電極器件具有穩(wěn)定的雙極性開關特性,耐受性和保持特性很好;薄電極器件的阻變特性極不穩(wěn)定,SET電壓、開關窗口隨機浮動。通過XRD和AFM分析發(fā)現(xiàn)器件電極的晶體結構與薄膜粗糙度并未因厚度改變而明顯變化,因此將這種差異歸因于氮離子儲蓄區(qū)的不同。當器件頂電極厚度很薄時,限制了氮離子儲蓄區(qū)的大小,氮離子在儲蓄區(qū)處于一種擁擠與不穩(wěn)定地狀態(tài),這導致了溝道形成與斷裂更加不穩(wěn)定,表現(xiàn)出不穩(wěn)定的阻變特性。由實驗結果可以得出,調整金屬電極的厚度可以改變氮離子儲蓄區(qū)的大小。因此通過調整金屬電極種類與厚度,都可以調整氮離子儲蓄區(qū)的狀態(tài),從而達到改善器件阻變特性的目的。
【圖文】：

的實際截面圖。在上下電極施加一定的掃描電壓，中間阻變材料的電阻在高阻和低阻兩個阻態(tài)之間切換，從而實現(xiàn)“0”和“1”的存儲。圖1.5 典型阻變器件（a）結構示意圖（b）截面圖阻變存儲器依賴于阻變材料的電阻轉換效應，自問世以來就不斷受到國內外研究機構與企業(yè)的密切關注。1976 年 Verderber 和 Simmons 最先發(fā)現(xiàn) SiO 材料的阻變效應[9]。當時由于制備薄膜材料工藝的限制，加上當時 Flash 存儲器迅猛發(fā)展，阻變存

轉換機制和提高單個器件的性能上，具體哪一種材料更具有優(yōu)勢，哪一種材料可以提高器件各方面的性能都有待研究。圖2.3 二元氧化物可作為阻變材料的元素2.2.2 鈣鈦礦氧化物鈣鈦礦氧化物是最早用于阻變器件的材料，具有獨特的物理和化學性質。早期代表的材料有：Pr0.7Ca0.3MnO3（PCMO）、La1-xSrxMnO3（LSMO）[25,26]等。美國休斯敦大學和日本夏普公司是研究這些材料的典型代表。研究發(fā)現(xiàn)這種材料具有雙極阻變特性，在施加相反極性電壓時，電阻可在高低阻態(tài)之間來回切換。同屬該類材料還有一些三元氧化物：SrZrCb、SrTiO3、BaTiO3和 LiNbO3等，，IBM 公司是研究這些材料的主要代表，他們基于 SrTiO3制作的 RRAM 具有穩(wěn)定的雙極型開關特性，而且具有多值存儲的特性。2.2.3 固態(tài)電解質材料基于固態(tài)電解質材料的 RRAM 是通過金屬離子在薄膜中發(fā)生電化學反應來控制導電細絲的形成與熔斷，從而控制電阻狀態(tài)的改變。目前報道比較多的是摻入 Cu 或
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP333;TN303

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本文編號：2704888