【摘要】：近年來,隨著集成電路技術(shù)的快速發(fā)展,非易失存儲器的應(yīng)用場景和需求市場都飛速的擴(kuò)大,科研領(lǐng)域中新型非易失存儲器的研究也得到了快速的發(fā)展。其中主要因素是目前主導(dǎo)非易失存儲器市場二十多年的基于電荷存儲的閃存雖然有很多優(yōu)點(diǎn),但是在新的應(yīng)用場景和應(yīng)用需求下任然有如下的缺點(diǎn)。例如耐久性差(106個(gè)周期)、編程速度慢(10 μs)和高工作電壓(10 V)。并且在微縮性越來越重要下降也越來越快的今天基于電荷存儲的閃存也會很快的到達(dá)其物理微縮的極限。新型非易失存儲器在此因素下得到了市場廣泛的關(guān)注。其中電阻轉(zhuǎn)換存儲概念的阻變存儲器(RRAM)相比較于電荷存儲的閃存有著微縮化的潛力,同時(shí)又結(jié)構(gòu)簡單、數(shù)據(jù)保持特性好、讀寫速度快,又可應(yīng)用于神經(jīng)計(jì)算的多值存儲,工藝上兼容于當(dāng)前傳統(tǒng)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)工藝,是新型非易失存儲器中的熱門研究方向之一近些年來,隨著工藝節(jié)點(diǎn)的進(jìn)一步微縮,在新一代非易失存儲器中阻變存儲器得到了快速的發(fā)展。但是在把完整的產(chǎn)品推給客戶之前任然需要提升阻變存儲器的可靠性以適應(yīng)市場對其的要求。比如:器件的耐受性,保持特性和短時(shí)效問題等。本文先是在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行部分探索性實(shí)驗(yàn)再在基于28 nm先進(jìn)的工藝節(jié)點(diǎn)上探索可以與標(biāo)準(zhǔn)CMOS平臺兼容的非揮發(fā)存儲器,是新型非揮發(fā)存儲器在產(chǎn)業(yè)化之路上的突破。創(chuàng)新的有以下兩點(diǎn):(1)利用實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)平臺對1Mb存儲器氧化工藝進(jìn)行先期摸索,使用含N20等離子氧氣氧化Ta制備TaON為阻變層的RRAM,使其forming電壓降至2V以內(nèi)。并提出與CMOS工藝兼容的氧化方式,先對W栓進(jìn)行氧化,制備WOx/W的下電極。改善器件在循環(huán)之間以及器件之間的波動性以及讀取過程的波動性。提高器件參數(shù)的均一性。(2)利用1Mb阻變存儲器陣列對RRAM陣列可靠性進(jìn)行了研究工作,提出高溫預(yù)處理方案,該方案降低器件的forming電壓值變小,且阻值分布更加均一,在高溫預(yù)處理下,結(jié)合模特卡洛仿真分析出高溫預(yù)處理改善拖尾效應(yīng)。使得存儲陣列高溫預(yù)處理后的低阻值拖尾效應(yīng)明顯改善。并分析高溫預(yù)處理后的常溫reset后的高阻和常溫forming常溫reset的高阻之間的影響,使用高溫預(yù)處理后常溫reset的高阻的拖尾現(xiàn)象明顯減少。因此高溫預(yù)處理使存儲陣列的保持特性有明顯提升。
【學(xué)位授予單位】：安徽大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TP333
【圖文】：

出很多有待改變的問題，同時(shí)如云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新的技術(shù)的到來，使新的計(jì)算逡逑與存儲方式對存儲介質(zhì)提出了更高的要求。隨著當(dāng)今計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展，內(nèi)存體逡逑系為了滿足存儲的需求發(fā)展成了相對更加獨(dú)立的相關(guān)關(guān)系。如圖１－１所示：緩存逡逑的代表靜態(tài)隨機(jī)存儲器（ＳＲＡＭ）、動態(tài)隨機(jī)存取存儲器（ＤＲＡＭ）與主流存儲器的逡逑代表閃存（Ｆｌａｓｈ）及固態(tài)驅(qū)動器之間形成一個(gè)金字塔結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)中越往下逡逑其完成一個(gè)指令所需的時(shí)鐘的周期越大，但越往上存儲的容量反而越小。逡逑Ｔｏｄａｙ＇ｓ邋Ｍｅｍｏｒｙ邋Ｈｉｅｒａｒｃｈｙ逡逑Ｌａｔｅｎｃｙ邐ＣＰＵ邐Ｃａｐａｃｉｔｙ逡逑Ｉ邐Ｃａｃｈｅ逡逑＜ｎＳ邋ＳＲＡＭ邋Ｌ１Ｌ２）Ｌ３邐｜逡逑￣１0ｎｓ邋ＤＲＡＭ邐Ｍｅｍｏ％邋ｖｏｌａｔｉｌｅ邋－邋ＧＢ逡逑－１０ｐｓ邋ＦＬＡＳＨ邐Ｓｏｌｉｄ－Ｓｔａｔｅ邋Ｄｒｉｖｅ邐￣邋１００ＧＢ｜逡逑Ｎｏｎ－ｖｏｌａｔｉｌｅ逡逑１邋￣ｍｓ邐Ｈａｒｄ邋Ｄｉｓｋ邐＞邋１ＴＢ逡逑圖１－］主流存儲器之間形成的金字塔結(jié)構(gòu)：ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、閃存分別用作緩存，主存逡逑儲器和固態(tài)存儲器逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－１邋Ｐｙｒａｍｉｄ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｆｏｒｍｅｄ邋ｂｅｔｗｅｅｎ邋ｍａｉｎｓｔｒｅａｍ邋ｍｅｍｏｒｉｅｓ：邋ＳＲＡＭ，邋ＤＲＡＭ，邋ａｎｄ逡逑ｆｌａｓｈ邋ｍｅｍｏｒｙ邋ａｒｅ邋ｕｓｅｄ邋ａｓ邋ｃａｃｈｅ，邋ｍａｉｎ邋ｍｅｍｏｒｙ，邋ａｎｄ邋ｓｏｌｉｄ邋ｓｔａｔｅ邋ｍｅｍｏｒｙ，邋ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．逡逑由計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)及其運(yùn)算發(fā)展需要可知，處理器發(fā)展到多核處理的主要逡逑因素是為了在相同的時(shí)鐘內(nèi)能夠提供速度與處理能力都更好的的數(shù)據(jù)處理能力

較大的電壓使阻變層中產(chǎn)生較多的缺陷，該過程被稱之為Ｆｏｒｍｉｎｇ。在大的偏壓逡逑下的電場中（＞１０ＭＶ／ｃｍ），阻變層中的氧原子會離開晶格，在電場的誘導(dǎo)下向逡逑電極移動。如下圖１－３，在高電場下操作后，使薄膜內(nèi)產(chǎn)生足夠多的缺陷，因此逡逑第一次操作（Ｆｏｒｍｍｇ）過程一般需要一個(gè)大于ｓｅｔ過程的電壓，在該電壓的作用逡逑下阻變層的金屬氧化物的化學(xué)鍵斷裂，氧離子（０Ａ（２－））脫離原來位置形成氧空逡逑位缺陷。隨著氧空位缺陷的逐漸增多，最后在陰極和陽極之間會形成由氧空位組逡逑成的一個(gè)導(dǎo)電通道，此時(shí)器件的阻值會變成低阻；對低阻值的器件施加一個(gè)反向逡逑操作電壓時(shí)，電極附件的氧空位會與氧離子復(fù)合，導(dǎo)電通路斷裂，器件由低阻態(tài)逡逑轉(zhuǎn)變?yōu)楦咦钁B(tài)，因此此時(shí)的高阻態(tài)值會比初始值小。圖（ｃ）和（ｄ）為氧空位機(jī)逡逑制的阻變存儲器阻變過程示意圖。逡逑低阻態(tài)邐Sh阻態(tài)逡逑ｍｎ邋ｓｉ逡逑扢化物材料邐產(chǎn)生0邐％逡逑０遷移邋oQ邐潘逡逑Ｆ邋杝酵１逡逑

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本文編號：2767443