【摘要】：21世紀(jì),隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái),信息的處理和存儲(chǔ)顯得尤為重要。在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中,存儲(chǔ)器占據(jù)了半導(dǎo)體市場(chǎng)較大份額。目前,存儲(chǔ)器以硅基浮柵型閃存(Flash)為主,但閃存在不斷微縮過(guò)程中將面臨極限,限制了存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。近年來(lái),新興存儲(chǔ)器件的研發(fā)與制備受到了大量學(xué)者的關(guān)注,如:相變存儲(chǔ)器、鐵電存儲(chǔ)器、磁阻存儲(chǔ)器、阻變存儲(chǔ)器。這些存儲(chǔ)器技術(shù)均有望替代閃存成為下一代的非揮發(fā)性存儲(chǔ)技術(shù)。阻變存儲(chǔ)器由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、讀寫(xiě)速度快、功耗低、尺寸小、易于集成、與CMOS工藝相兼容等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛研究。論文首先研究了鉑(Pt)惰性電極與氧化銦錫(ITO)活性電極下,TiN/HfO2/ITO與TiNHfO2/Pt器件的性能,結(jié)果表明ITO電極下的存儲(chǔ)器單元具有自限流的特性,有效降低了器件的操作功耗。在此基礎(chǔ)上,實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步設(shè)計(jì)了TiN/HfO2/Si02/ITO雙層阻變層器件,操作功耗降低至16 μW。論文重點(diǎn)研究了阻變層氧空位濃度調(diào)控對(duì)氧化鋯基阻變存儲(chǔ)器性能的影響。通過(guò)在不同氣氛下(氬氣、氬氮混合氣、氬氧混合氣)制備TiN/ZrO2/Pt阻變存儲(chǔ)器件,發(fā)現(xiàn)在氬氮混合氛圍下制備的氧化鋯阻變層有效摻入8.06%的氮元素,器件具有最好的阻變參數(shù)一致性。根據(jù)器件導(dǎo)電機(jī)理分析,氬氮混合氛圍下制備的樣品在低阻態(tài)傳導(dǎo)遵循歐姆機(jī)制,高阻態(tài)傳導(dǎo)遵循肖特基發(fā)射機(jī)制。結(jié)合材料分析,推斷認(rèn)為氮元素?fù)诫s使氧離子聚集在導(dǎo)電細(xì)絲尖端附近,所以氧空位導(dǎo)電細(xì)絲形成的局域化提升了器件阻變參數(shù)的一致性。此外,論文中還利用超臨界C02流體處理技術(shù)提升了 TiN/HfO2/Ti02/Pt器件性能。結(jié)果表明,處理前后器件阻變參數(shù)的離散性得到明顯改善,同時(shí)器件的阻變窗口增大1.5倍。器件的性能提升是由于超臨界態(tài)的二氧化碳流體攜帶水分子修復(fù)了薄膜中的懸掛鍵,改善了阻變層薄膜質(zhì)量且降低了器件的低阻態(tài)值。論文最后采用耦合等離子體刻蝕技術(shù)對(duì)全透明的ITO/Hf:Si02/ITO結(jié)構(gòu)的阻變存儲(chǔ)器單元構(gòu)建高絕緣的HfO2側(cè)壁。結(jié)果表明器件的阻變窗口由原來(lái)的5倍提升至16倍,且阻變參數(shù)的離散性得以改善。綜上所述,論文通過(guò)對(duì)氧化鋯(鉿)基阻變存儲(chǔ)器的電極選擇、阻變層氮摻雜和超臨界二氧化碳流體處理、氧化鉿側(cè)壁構(gòu)建等方式來(lái)優(yōu)化提升阻變性能并研究了相關(guān)機(jī)理,這為獲得阻變窗口大、耐受性久、阻變參數(shù)一致性好的阻變存儲(chǔ)技術(shù)探求獲得實(shí)驗(yàn)依據(jù)和物理解釋,這一研究具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：湖北大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TP333
【圖文】：

１．２．１阻變存儲(chǔ)器的基本性能參數(shù)逡逑阻變存儲(chǔ)器器件是由金屬／絕緣層／金屬所構(gòu)成的堆疊結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)概念圖如逡逑圖１．１中所示。在對(duì)ＲＲＡＭ操作前，需要進(jìn)行激活過(guò)程（Ｆｏｒｍｉｎｇ過(guò)程）。在該逡逑過(guò)程下，器件的阻變層會(huì)發(fā)生軟擊穿的現(xiàn)象。為了防止器件被永久擊穿需要對(duì)器逡逑２逡逑

湖北大學(xué)碩士學(xué)位論文邐逡逑５）保持特性－－存儲(chǔ)器還有一個(gè)重要指標(biāo)就是所存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的保存年限，即逡逑保持特性。對(duì)于阻變存儲(chǔ)器而言則是要求器件的高阻態(tài)／低阻態(tài)的阻值在８５°Ｃ的逡逑件下至少能保持１０年以上，也就是至少要達(dá)到目前Ｆｌａｓｈ存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的年限，逡逑才能夠滿足應(yīng)用的需求。逡逑６）擦寫(xiě)速度－－如今信息時(shí)代的高速發(fā)展，對(duì)存儲(chǔ)的要求也越來(lái)越高。不逡逑在容量上要滿足需求，同樣在速度上也要滿足各項(xiàng)指標(biāo)。擦寫(xiě)速度反映的是存逡逑設(shè)備在操作過(guò)程中的靈敏度，是衡量器件好壞的一個(gè)重要指標(biāo)。而阻變存儲(chǔ)器逡逑擦寫(xiě)速度普遍在納秒級(jí)別，遠(yuǎn)大于閃存的擦寫(xiě)速度（＞１0＃）。逡逑１．２．２阻變存儲(chǔ)器的主要分類逡逑

透射?

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本文編號(hào)：2792022