【摘要】：近年來,隨著智能手機,數(shù)碼相機,平板電腦,移動存儲設(shè)備等便攜式電子產(chǎn)品的普及和不斷發(fā)展,非易失性存儲器市場不斷擴大。基于電荷存儲概念的閃存是非易失性存儲器市場的主流產(chǎn)品。然而,閃存存儲器存在編程速度慢(10肛s),耐久性差(106個周期)和高工作電壓(10 V)等缺點,同時,其尺寸微縮也將逼近其物理極限,性能難以進一步提升。因此,迫切需要開發(fā)新型非易失性存儲器。基于電致阻變效應(yīng)的阻變存儲器(RRAM),具有結(jié)構(gòu)簡單、材料與CMOS工藝兼容、速度快、可微縮性好、易于三維集成等優(yōu)勢,被認(rèn)為是最有前途的下一代非易失性存儲器。但是,RRAM存儲器仍然還存在一些挑戰(zhàn),包括:阻變機制不完全清楚,多值存儲難以調(diào)控,器件參數(shù)離散性大,復(fù)位電流與數(shù)據(jù)保持性能難以同時優(yōu)化等。針對以上問題,本論文圍繞RRAM的物理機制和性能調(diào)控兩個重要問題進行了研究,具體工作如下:(1)針對RRAM的多值存儲,提出了阻變功能層中摻雜金屬納米晶實現(xiàn)負(fù)微分電阻(NDR)效應(yīng)的思路;采用離子注入方法,在Pt/Si02/Pt阻變功能層中形成了 Pt/Ag的金屬納米晶,器件表現(xiàn)出雙向的負(fù)微分電阻特性,通過RESET截止電壓的調(diào)控,實現(xiàn)多值存儲;通過透射電子顯微鏡(TEM)、能量色譜儀(EDS)等物性分析方法,闡明了多值存儲的物理機制是電子在金屬納米晶之間隧穿傳輸,調(diào)控施加電壓大小使能帶彎曲程度不同,隧穿通道變化,隧穿電流大小不同,實現(xiàn)多值存儲。(2)針對RRAM的RESET電流,提出了二維材料界面改性的方法,在RRAM器件中插入多層二硫化鉬(MoS2),制備了 Ag/ZrO2/MoS2/Pt器件;利用MoS2電導(dǎo)率較小的材料特性,實現(xiàn)了 SET過程中過沖電流的抑制,從而將RESET電流降低了一個數(shù)量級;利用MoS2熱導(dǎo)率差的材料特性,實現(xiàn)了器件RESET過程由突變向緩變的轉(zhuǎn)變,利于實現(xiàn)神經(jīng)突觸仿生功能;通過MATLAB模擬細(xì)絲生長的動態(tài)過程,發(fā)現(xiàn)Forming過程中,MoS2插層器件內(nèi)部溫度更高,導(dǎo)致更多Ag離子進入阻變功能層,降低了阻變層的介電特性,并且在MoS2的分壓作用下,實現(xiàn)緩變的RESET現(xiàn)象。
【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP333
【圖文】：

氧化物阻變存儲器多值存儲與界面改性逡逑度快，存儲密度高等優(yōu)點，展示了強大的活力，被認(rèn)為有希望成為下一代主流的逡逑非易失性存儲器，引發(fā)了對其的研究熱潮。圖１．１為每年關(guān)于ＲＲＡＭ發(fā)表的雜逡逑志文章、會議文章、專利。逡逑■逡逑＃邋＃邋＃子、令、令、令、彳＃逡逑年份逡逑圖１．１每年關(guān)于ＲＲＡＭ發(fā)表的雜志文章、會議文章、專利逡逑１．２．２阻變存儲器的阻變機理逡逑阻變存儲器的轉(zhuǎn)變不僅取決于電極、阻變層材料，同時也與施加激勵的方式逡逑有關(guān)。這導(dǎo)致了不同的電極、阻變層材料、施加激勵的方式，其阻變機理也會不逡逑同。對ＲＲＡＭ器件的阻變機理可以大致分為電化學(xué)金屬化機理（ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ逡逑ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ邋ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，邋￡ＣＭ）、化學(xué)價變化機理（ｖａｌｅｎｃｅ邋ｃｈａｎｇｅ邋ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，逡逑ＶＣＭ）和熱化學(xué)機理（ｔｈｅｒｍｏｃｈｅｍｉｃａｌ邋ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，邋ＴＣＭ）、靜電／電子機理。卩面逡逑分別對這幾種阻變機理做簡單介紹。逡逑１．２．２．１電化學(xué)金屬化機理逡逑電化學(xué)金屬化機理，也被稱為可編程金屬化（ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ邋ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎ）逡逑機理或?qū)щ姌颍ǎ茫铮睿洌酰悖簦椋觯邋澹拢颍椋洌纾椋睿纾C理�；谶@種機理的ＲＲＡＭ器件，通常逡逑由一個易于電化學(xué)氧化的活性金屬電極（Ａｇ、Ｃｕ、Ｎｉ），—個不易電化學(xué)氧化的逡逑惰性金屬電極（Ｐｔ、Ｗ、Ａｕ等）

氧化物阻變存儲器多值存儲與界面改性逡逑細(xì)絲最細(xì)，該區(qū)域的電流密度最大，產(chǎn)生的焦耳熱最多，溫度最高，加劇了氧化逡逑還原反應(yīng)，使得該處的Ａｇ導(dǎo)電細(xì)絲最先斷裂，如圖１．２邋（Ｃ）所示，該過程稱為逡逑復(fù)位過程。逡逑Ｄ）關(guān)斷狀態(tài)邐Ｂ）開啟狀態(tài)，逡逑ＢＢｊ逡逑Ｇｅｎ＾Ｓｅｎ？ｐ｜邐．邋，’士逡逑２Ｓ邋￣邐？｜ｉ邋？■邋ｉｒｎ＾ｃｍ邋ｍｍ逡逑ｌ：：＼Ｊ邐－－４邋－邋１逡逑Ａ邋0＇２邋0Ｖ＋邋ｏ７＾逡逑Ｕ邐ｌａ邐Ｖｏｌｔａｇｅ邋［Ｖ］邐Ａ）置位過程逡逑Ｃ）復(fù)位過程逡逑圖１．２以Ａｇ／Ｇｅａ．３ＳｅＱ７／Ｐｔ器件為例，ＥＣＭ模型描述的固態(tài)電解液基ＲＲＡＭ電阻轉(zhuǎn)變特性逡逑與導(dǎo)電細(xì)絲生長和破滅過程示意圖１５１逡逑１．２．２．２化學(xué)價變化機理逡逑化學(xué)價變化機理（ｖａｌｅｎｃｅ邋ｃｈａｎｇｅ邋ｍｅｃｈａｎｉｓｍ，邋ＶＣＭ）與ＥＣＭ機理不同的是，逡逑ＶＣＭ的兩端電極都是惰性電極，其阻變依賴于中間介質(zhì)層材料，通常為金屬氧逡逑化物。阻變機理主要為在電場下，氧離子移動在氧化物中形成連接上下電極的連逡逑續(xù)氧空位通道，從而提高器件導(dǎo)電能力。圖１．３是ＶＣＭ機理示意圖，器件初始逡逑態(tài)為高阻態(tài)。當(dāng)在上電極施加正電壓

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 王永;管偉華;龍世兵;劉明;謝常青;;阻變式存儲器存儲機理[J];物理;2008年12期

本文編號：2727768