【摘要】：阻變存儲器是一種新型存儲器件,它具有高密度、高速擦寫、非易失等優(yōu)良存儲特性,有望突破現(xiàn)有存儲技術(shù)的瓶頸,成為了最有潛力的下一代存儲產(chǎn)品之一。在推進阻變存儲器實用化進程中,仍然存在一些亟待解決的技術(shù)和科學(xué)問題:在選材上,如何選擇集各種優(yōu)秀性能于一身的阻變材料,目前還沒有統(tǒng)一定論;在器件集成中,阻變存儲器采用了十字交叉陣列(Crossbar),具有超大規(guī)模集成的優(yōu)勢,但Crossbar面臨十分嚴重的漏電流問題;最后,要從根本上解決以上及其他問題,探究阻變現(xiàn)象內(nèi)在的物理機制,因而具有十分重要的研究意義,而目前阻變機理尚不清晰。針對以上這些問題,本文著重對阻變現(xiàn)象的物理機理展開了研究,主要包括以下幾個方面:在選材上,選取了Pt/HfO_x/TiN和Pt/TaO_x/TiN器件,它們結(jié)構(gòu)簡單、制備容易、性能穩(wěn)定,是最常見二元金屬氧化物之一,同時,這兩種器件表現(xiàn)出優(yōu)異的阻變性能,已受到眾多大型半導(dǎo)體科技公司的廣泛關(guān)注,具有巨大的潛在應(yīng)用價值;在電學(xué)測試研究方面,通過電學(xué)調(diào)控手段,在典型雙極性器件中實現(xiàn)了互補型阻變特性,在互補型阻變基礎(chǔ)上,通過進一步電學(xué)調(diào)控,發(fā)現(xiàn)了寄生阻變特性,探究出多極阻變特性之間轉(zhuǎn)化的電學(xué)調(diào)控規(guī)律,并對寄生阻變性能的疲勞特性、保持特性等阻變性能進行了電學(xué)表征,結(jié)果顯示得到了穩(wěn)定、循環(huán)特性良好的阻變性能,由此對寄生阻變提出了模型解釋和理論闡釋;在軟件仿真方面,利用Comsol多物理場仿真軟件,建立了基于氧空位導(dǎo)電絲的電-熱耦合模型,通過設(shè)定不同極性的偏置電壓,得到氧空位濃度、電勢以及溫度分布圖,模擬出電流-電壓的阻變特性,通過對比仿真結(jié)果與實驗結(jié)果,得到高度類似的互補型阻變特性,因此,基于Comsol的模型仿真,對于阻變現(xiàn)象的解釋和機理研究具有重要指導(dǎo)意義。
【學(xué)位授予單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TP333
【圖文】：

重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文 1 緒 論1 緒 論1.1 半導(dǎo)體存儲器1.1.1 存儲器基本概念及應(yīng)用在上個世紀 40 年代，人們發(fā)明了世界上第一臺計算機。自此，現(xiàn)代計算機結(jié)構(gòu)依然采用馮諾依曼體系，即包括中央處理器、存儲器、輸入設(shè)備、輸出設(shè)備和控制器。其中，存儲器是計算機的記憶單元，用來存儲計算機中的程序和數(shù)據(jù)，是計算機不可或缺的部分。存儲器是指具有多種穩(wěn)定物理狀態(tài)的電子器件，通過穩(wěn)定的物理狀態(tài)來存儲信息，比如，兩種穩(wěn)定的物理狀態(tài)可以分別表示二進制中的“1”和“0”。

1.1.3 非易失性存儲器非易失性存儲器在斷電后數(shù)據(jù)依然能夠保持。與易失性存儲器相比，非易失性存儲器耗能更低，信息存儲的安全性和可靠性更高。在非易失性存儲器中，閃存(Flash Memory)具有低能耗、高密度、體積小、能在線擦除等特點，因而獲得了快速發(fā)展。隨著智能手機、數(shù)碼相機等便攜式電子設(shè)備的大量普及，市場對于低能耗、高密度、體積小的非易失性存儲器的需求越來越大，這使得閃存迅速在便攜式存儲器市場中占領(lǐng)了最大份額。閃存的內(nèi)部存儲結(jié)構(gòu)如圖 1.2 所示，包括襯底、控制柵極、浮置柵極、隧穿氧化層、阻擋介質(zhì)層等。閃存存儲原理是通過在控制柵上施加電壓，來控制器件閾值電壓的高低，從而進行寫入和擦除操作。具體來說，如果把浮置柵極比作電子存儲的“房間”，柵極電壓調(diào)控注入或釋放電子，可決定“房間”中電子數(shù)量：當(dāng)“房間”中電子足夠多，器件閾值電壓升高（>Vref），器件存儲的信息為“0”，即寫入；當(dāng)“房間”中釋放電子，器件閾值電壓降低（<Vref），器件存儲的信息為“1”，即擦除[2]。

圖 1.3 鐵電隨機存儲器存儲原理示意圖Fig.1.3 Schematic of FRAM working principleRAM 被認為有潛力成為下一代新型存儲器，但是 FRAM 還存在陷，比如特征面積大、存儲容量小，難以實現(xiàn)三維存儲等。隨機存儲器儲器是利用相變材料（如硫化物、硫化合金等），在電流焦耳熱態(tài)與非晶態(tài)之間的切換，導(dǎo)致電阻高低變化來實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲，晶態(tài)時，相變材料通常具有較高的電阻率，可用來存儲“0”；在晶電阻率通常較低，可用來存儲“1”，從而實現(xiàn)了二進制存儲[11, 1出讀寫速度快、存儲密度高、循環(huán)性能好等優(yōu)點，并具有多值潛力。另外，相變材料可用作光電耦合器件，在光子應(yīng)用方面]。目前，相變隨機存儲器在某些關(guān)鍵技術(shù)攻克上，比如高速讀寫性進展。

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 周益春;唐明華;;鐵電薄膜及鐵電存儲器的研究進展[J];材料導(dǎo)報;2009年09期

2 李穎_";劉明;龍世兵;劉琦;張森;王艷;左青云;王琴;胡媛;劉肅;;基于I-V特性的阻變存儲器的阻變機制研究[J];微納電子技術(shù);2009年03期

3 付承菊;郭冬云;;鐵電存儲器的研究進展[J];微納電子技術(shù);2006年09期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前2條

1 陳超;新型阻變存儲器材料及其電阻轉(zhuǎn)變機理研究[D];清華大學(xué);2013年

2 劉琦;高速、高密度、低功耗的阻變非揮發(fā)性存儲器研究[D];安徽大學(xué);2010年

本文編號：2779628