【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一步縮小面臨著越來越嚴峻的挑戰(zhàn)。與此同時,從上世紀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)展帶來機遇。本文所重點關注的納米交叉結構器件就是一類極具應用潛力的納電子器件。 本文基于現(xiàn)有納米器件的機理研究與制備技術,首先實驗制備了具有電阻雙穩(wěn)態(tài)特性的阻變存儲單元,經過測試具有良好的電阻雙穩(wěn)態(tài)特性,是信息存儲的良好載體。在傳統(tǒng)光刻技術制備納米交叉結構存儲陣列的過程中,光刻的對準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準方法,通過合理優(yōu)化集成工藝,消除了由于對準誤差所造成的影響。本文設計了納米交叉結構存儲陣列的外圍讀寫電路,并通過電路分析,對電路的性能進行優(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構的尋址部件——多路復用器的設計與分析上。通過電路建模分析,本文設計的多路復用器展現(xiàn)出良好的輸出能力和可擴展性,相比納米交叉結構中常用的直接尋址方式,提高了帶寬密度,減少了尋址部件對芯片面積的浪費。同時,本文提出了基于冗余納米線的容錯方案,并設計了蒙特卡洛模擬器對容錯性能進行模擬,取得了良好的效果。
【學位授予單位】：國防科學技術大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2009
【分類號】：TP333.5
【圖文】：

納米交叉結構的器件同時滿足了上述要求，先天的優(yōu)勢，已經在存儲器件、邏輯器件等領域結構阻變存儲陣列和尋址部件進行實驗和理論研尺度的電學效應和新型加工工藝的納米電子學的和新器件機理的基礎上設計納米電子器件的能力儲器奠定實驗和理論基礎。1.2 課題的相關研究現(xiàn)狀構是指由兩層相互垂直交叉的平行納米線陣列構示[3]。納米交叉結構的器件集成度高，結構簡單，電路，并具有容錯與并行等方面先天的優(yōu)勢。通的功能單元，整個納米交叉結構陣列可以表現(xiàn)出數(shù)據存儲、可重構邏輯電路設計等領域有廣泛的

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

圖 2.2 輪烷分子結構圖和電阻雙穩(wěn)態(tài) I-V 特性圖[19][20]的來說，有機分子的電阻雙穩(wěn)態(tài)特性研究開始較早，對開關機理的，材料體系復雜多樣。其最大的優(yōu)勢在于器件具有極大的進一步縮——單分子存儲面積。然而有機分子的缺點也是十分明顯的：開關熱穩(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)器件研究比有機分子器件，基于無機材料的電阻開關器件在最近幾年得到了成為了研究的熱點。一些金屬氧化物如 TiO2、Cu2O、NiO 等，不僅阻開關特性，而且速度快，開關比高，性能穩(wěn)定，極有希望用來構儲器[23]。

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