【摘要】： 在過去幾十年里,CMOS工藝不斷取得突破,然而其特征尺寸的進(jìn)一步縮小面臨著越來越嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。與此同時(shí),從上世紀(jì)90年代起,納米科技的發(fā)展取得了許多令人矚目的成果,尤其是納米電子學(xué)的迅速發(fā)展,有望從新的角度給集成電路的發(fā)展帶來機(jī)遇。本文所重點(diǎn)關(guān)注的納米交叉結(jié)構(gòu)器件就是一類極具應(yīng)用潛力的納電子器件。 本文基于現(xiàn)有納米器件的機(jī)理研究與制備技術(shù),首先實(shí)驗(yàn)制備了具有電阻雙穩(wěn)態(tài)特性的阻變存儲(chǔ)單元,經(jīng)過測(cè)試具有良好的電阻雙穩(wěn)態(tài)特性,是信息存儲(chǔ)的良好載體。在傳統(tǒng)光刻技術(shù)制備納米交叉結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)陣列的過程中,光刻的對(duì)準(zhǔn)誤差給器件的精度和可靠性帶來了損失。本文提出了基于光刻的自對(duì)準(zhǔn)方法,通過合理優(yōu)化集成工藝,消除了由于對(duì)準(zhǔn)誤差所造成的影響。本文設(shè)計(jì)了納米交叉結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)陣列的外圍讀寫電路,并通過電路分析,對(duì)電路的性能進(jìn)行優(yōu)化,指出了器件輸出性能的理論上限。 本文的另一部分工作集中在基于納米交叉結(jié)構(gòu)的尋址部件——多路復(fù)用器的設(shè)計(jì)與分析上。通過電路建模分析,本文設(shè)計(jì)的多路復(fù)用器展現(xiàn)出良好的輸出能力和可擴(kuò)展性,相比納米交叉結(jié)構(gòu)中常用的直接尋址方式,提高了帶寬密度,減少了尋址部件對(duì)芯片面積的浪費(fèi)。同時(shí),本文提出了基于冗余納米線的容錯(cuò)方案,并設(shè)計(jì)了蒙特卡洛模擬器對(duì)容錯(cuò)性能進(jìn)行模擬,取得了良好的效果。
【學(xué)位授予單位】：國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號(hào)】：TP333.5
【圖文】：

納米交叉結(jié)構(gòu)的器件同時(shí)滿足了上述要求，先天的優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)在存儲(chǔ)器件、邏輯器件等領(lǐng)域結(jié)構(gòu)阻變存儲(chǔ)陣列和尋址部件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和理論研尺度的電學(xué)效應(yīng)和新型加工工藝的納米電子學(xué)的和新器件機(jī)理的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)納米電子器件的能力儲(chǔ)器奠定實(shí)驗(yàn)和理論基礎(chǔ)。1.2 課題的相關(guān)研究現(xiàn)狀構(gòu)是指由兩層相互垂直交叉的平行納米線陣列構(gòu)示[3]。納米交叉結(jié)構(gòu)的器件集成度高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電路，并具有容錯(cuò)與并行等方面先天的優(yōu)勢(shì)。通的功能單元，整個(gè)納米交叉結(jié)構(gòu)陣列可以表現(xiàn)出數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、可重構(gòu)邏輯電路設(shè)計(jì)等領(lǐng)域有廣泛的

2.1 電阻雙穩(wěn)態(tài)存儲(chǔ)單元研究.1.1 電阻雙穩(wěn)態(tài)的定義與讀寫機(jī)制阻雙穩(wěn)態(tài)器件是指電阻值可以隨著外加電場(chǎng)條件的變化在兩種阻值端器件。假設(shè)器件當(dāng)前處于高阻態(tài) ROFF,呈現(xiàn)斷路或高電阻狀態(tài)。此向的電壓脈沖，當(dāng)電壓脈沖的幅度達(dá)到某一閾值 VON時(shí)，器件會(huì)進(jìn)，呈現(xiàn)導(dǎo)通或低電阻狀態(tài)。在低阻態(tài)下，只有當(dāng)再次施加另一個(gè)電壓到某一閾值 VOFF時(shí)，器件才會(huì)又一次進(jìn)入高阻態(tài) ROFF。當(dāng) VON與 的極性相同時(shí)，這種電阻雙穩(wěn)態(tài)被稱作是單極性的（開關(guān)閾值電壓位線的同一側(cè)，如圖 2.1(a)所示）；當(dāng) VON與 VOFF電壓脈沖的極性分向時(shí)，這種電阻雙穩(wěn)態(tài)被稱作是雙極性的（開關(guān)閾值電壓分別位于 I兩側(cè)，如圖 2.1(b)所示）。此，通過施加外加電壓脈沖序列，器件的阻值會(huì)在 ROFF和 RON之間實(shí)現(xiàn)了信息的寫入和存儲(chǔ)。當(dāng)需要讀取信息時(shí)，只需要在器件兩端的電壓，通過電流的大小判斷當(dāng)前阻態(tài)，即可實(shí)現(xiàn)信息的讀出。

圖 2.2 輪烷分子結(jié)構(gòu)圖和電阻雙穩(wěn)態(tài) I-V 特性圖[19][20]的來說，有機(jī)分子的電阻雙穩(wěn)態(tài)特性研究開始較早，對(duì)開關(guān)機(jī)理的，材料體系復(fù)雜多樣。其最大的優(yōu)勢(shì)在于器件具有極大的進(jìn)一步縮——單分子存儲(chǔ)面積。然而有機(jī)分子的缺點(diǎn)也是十分明顯的：開關(guān)熱穩(wěn)定性不好，讀寫次數(shù)不高，難于兼容 CMOS 工藝制備等。.1.4 基于過渡金屬氧化物的電阻雙穩(wěn)態(tài)器件研究比有機(jī)分子器件，基于無機(jī)材料的電阻開關(guān)器件在最近幾年得到了成為了研究的熱點(diǎn)。一些金屬氧化物如 TiO2、Cu2O、NiO 等，不僅阻開關(guān)特性，而且速度快，開關(guān)比高，性能穩(wěn)定，極有希望用來構(gòu)儲(chǔ)器[23]。

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本文編號(hào)：2804429