【摘要】：以Flash為代表的經(jīng)典浮柵型非揮發(fā)存儲(chǔ)器已經(jīng)取得了巨大成功,但隨著工藝尺寸的不斷縮小,尤其是到22nm技術(shù)帶以下,Flash將到達(dá)其物理極限。為發(fā)展下一代能夠接替Flash的非揮發(fā)存儲(chǔ)器,一些新型存儲(chǔ)技術(shù)如雨后春筍般涌現(xiàn)。其中,成長(zhǎng)最為迅速的阻變存儲(chǔ)器(RRAM)備受存儲(chǔ)業(yè)界關(guān)注。 目前很多材料都發(fā)現(xiàn)具有電阻轉(zhuǎn)變特性,包括過渡族金屬氧化物,鈣鈦礦結(jié)構(gòu)的三元或四元含氧化合物,以及有機(jī)薄膜材料。在選擇哪種材料作為功能材料時(shí),與標(biāo)準(zhǔn)CMOS邏輯工藝相兼容是一個(gè)重要的考慮因素。當(dāng)前,阻變存儲(chǔ)器面臨的主要瓶頸是功耗大,其中擦寫電流在毫安量級(jí),低阻值在lkohm以下,以及擦寫電壓3伏以上,器件的電學(xué)參數(shù)均勻性差,以及可靠性等問題。針對(duì)RRAM發(fā)展過程中遇到的問題,我們基于AI互連體系提出了一套解決方案。 首先我們基于AI互連后端工藝,研究了TiOx基RRAM器件的阻變特性,并研究了不同的電極和氧化時(shí)間對(duì)器件性能的影響,最終發(fā)現(xiàn)功函數(shù)較高的電極可以獲得較穩(wěn)定的阻變性能,氧化時(shí)間的增加有助于降低器件的功耗；其次提出了N摻雜的AIOx基RRAM存儲(chǔ)器,發(fā)現(xiàn)其操作電壓極低,在0.5V以下,endurance1000次以上,具有低功耗的優(yōu)勢(shì),并研究了不同的N含量對(duì)器件性能的影響。接著,針對(duì)AION器件,我們研究了電流set過程對(duì)reset電流的影響,發(fā)現(xiàn)通過電流set可以明顯降低reset電流到50uA以下,并分析了其內(nèi)在原因。然后我們通過恒流操作表征了其數(shù)據(jù)保持能力,并采用阻抗分析的方式研究了其導(dǎo)電性,在機(jī)理方面取得了一定的研究成果；最后,我們提出了WOx/AION雙層結(jié)構(gòu)RRAM存儲(chǔ)器,發(fā)現(xiàn)其reset電流可以低至10uA以下,相比單層結(jié)構(gòu)提高了高低阻態(tài),實(shí)現(xiàn)了多值存儲(chǔ),接著我們通過測(cè)試其交流電容和交流電導(dǎo)表征了其導(dǎo)電性,最后我們分析了其抗噪聲能力,并通過隨機(jī)電報(bào)噪聲測(cè)試結(jié)果分析了其不同阻態(tài)下的穩(wěn)定性問題。
【學(xué)位授予單位】：復(fù)旦大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TP333
【圖文】：

是集成電路產(chǎn)業(yè)不可或缺的重要組成部分。半導(dǎo)體存儲(chǔ)器是應(yīng)用面最廣、市場(chǎng)比例最高的集成電路基礎(chǔ)性產(chǎn)品，即便是存儲(chǔ)器產(chǎn)業(yè)大幅度衰退的2008年，我國(guó)市場(chǎng)的存儲(chǔ)器年需求也達(dá)到190億美金，占我國(guó)集成電路市場(chǎng)總需求的近22%。目前，我國(guó)存儲(chǔ)器需求幾乎完全依賴進(jìn)口，為受外部制約最嚴(yán)重的基礎(chǔ)產(chǎn)品之一，給我國(guó)信息產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展甚至國(guó)家信安全帶來(lái)嚴(yán)重的戰(zhàn)略風(fēng)險(xiǎn)。因此，從整個(gè)國(guó)家利益、國(guó)民經(jīng)濟(jì)戰(zhàn)略意義的角度，展擁有自主可控的半導(dǎo)存儲(chǔ)器產(chǎn)業(yè)至關(guān)重要。1.2非揮發(fā)存儲(chǔ)器的發(fā)展歷程半導(dǎo)體存儲(chǔ)器分類情況如圖1.2. 1所示，根據(jù)存儲(chǔ)器切斷電源后能否保存數(shù)據(jù)的特性，分為揮發(fā)性和非揮發(fā)性兩大類。揮發(fā)性存儲(chǔ)器在斷電后數(shù)據(jù)消失，該型的存儲(chǔ)器主要包括動(dòng)態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(DRAM)，和靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器(SRAM)。而非發(fā)存儲(chǔ)器在斷電后數(shù)據(jù)仍能保持。傳統(tǒng)的非揮發(fā)存儲(chǔ)器多是基于浮柵型的，如lash, EEPROM,已主宰非揮發(fā)存儲(chǔ)器市場(chǎng)30年之久。Semiconductor Memories

電荷俘獲型的SONOS，以及鐵電存儲(chǔ)器（FeRAM)，相變存儲(chǔ)器（PCM)，磁存儲(chǔ)器(MRAM)，阻變存儲(chǔ)器(RRAM)等，非揮發(fā)存儲(chǔ)器隨技術(shù)代的發(fā)展如圖1.2.2所示。Ceil size【內(nèi) f- ：?!' ；!?<<；'J evolutionary"disruptive30— ^embedded 2。- .一‘-, code I10-R誔CM 一； / ^datafill I I I I I ' ?180 130 90 65 5x 4x 3x 2x ixTechn.node F [nm]圖1.2.2非揮發(fā)存儲(chǔ)器隨半導(dǎo)體工藝節(jié)點(diǎn)的發(fā)展1. 2. 1浮柵型非揮發(fā)存儲(chǔ)器的崛起與改良浮柵型非揮發(fā)存儲(chǔ)器(flash)起源于1967年D. Kahng等人提出的MIMIS (Metal- Insulator-Metal-Insulator-Silicon)結(jié)構(gòu)[1]。它在傳統(tǒng)的MOSFET上增加了一層金屬浮柵和一層超薄隧穿氧化層，并利用浮柵來(lái)存儲(chǔ)電荷。1971年，Intel公司首次推出了商業(yè)化的浮柵器件FAMOS(Floating-gateAvalanche-injection MOS) [2]。它懫用P型溝道的雪崩電子注入，大大提高了編程效率。在寫入數(shù)據(jù)前，浮柵是不帶電的，要使浮柵帶負(fù)電荷，必須在漏、柵極加足夠高的電壓（如25V)，使漏極與襯底間的PN結(jié)反向擊穿，產(chǎn)生大量高能電子。這些電子穿過超薄氧化層堆積在浮柵上，從而使浮柵帶有負(fù)電荷。當(dāng)移去外加電壓后

可進(jìn)行讀、擦除、寫操作，為系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和在線調(diào)試提供了極大的方便。但為防止擦除后浮柵中正電荷造成短路，必須增加一個(gè)選通管，不過這使得EEPROM單元面積增大，降低了集成密度。在EPROM和EEPROM的基礎(chǔ)上，F(xiàn)lash為獲得更高的密度及節(jié)約成本，省去了選通管，同時(shí)在架構(gòu)上引進(jìn)了按塊擦除的概念，極大的提高了擦除速度。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，F(xiàn)lash可以分為NOR和NAND兩類，前者具有較快的隨機(jī)讀取性能，多用于存儲(chǔ)計(jì)算機(jī)指令(Code);后者的優(yōu)勢(shì)是連續(xù)性操作較快、集成度較高，多用于存儲(chǔ)視頻、書籍等資料(Data)。圖1. 2. 3示意了NOR和NAND的結(jié)構(gòu)。前者是NOR的結(jié)構(gòu)，每個(gè)存儲(chǔ)單元均通過一個(gè)通孔(contact)與字線連接，相鄰兩單元共享一根位線，通過位線與字線選中某一特定的單元進(jìn)行操作，所以其隨機(jī)讀取數(shù)據(jù)的速度快，大約為NAND速度的10到250倍左右；后者是NAND結(jié)構(gòu)，大幅度減少了通孔數(shù)，采用串連的方式將若干個(gè)存儲(chǔ)單元連接到位線，讀取一位數(shù)據(jù)時(shí)電流需要流過其它與之串連的晶體管，故讀取速度較慢，但這樣的結(jié)構(gòu)適用于順序批量讀取數(shù)據(jù)，故較多用于存儲(chǔ)Data，另外，NAND的結(jié)構(gòu)決定了其工作電流較小，數(shù)據(jù)的寫入可以采用批量寫入的方式，故其寫入速度大約是NOR的1. 2到5倍。

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 鄒益民;存儲(chǔ)器的兼容性設(shè)計(jì)[J];國(guó)外電子元器件;2001年04期

2 仇德成,王東海;存儲(chǔ)器擴(kuò)展中片選的連接[J];河西學(xué)院學(xué)報(bào);2003年02期

3 李云飛;李德水;;嵌入式系統(tǒng)的存儲(chǔ)器測(cè)試[J];渭南師范學(xué)院學(xué)報(bào);2006年02期

4 ;存儲(chǔ)器[J];電子設(shè)計(jì)技術(shù);2006年05期

5 王賢勇;王金亮;許艷麗;;基于軟件仿真的存儲(chǔ)器實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[J];實(shí)驗(yàn)室研究與探索;2006年07期

6 莫大康;;全球存儲(chǔ)器的風(fēng)險(xiǎn)剖析[J];電子工業(yè)專用設(shè)備;2007年07期

7 馬文心;祖麗美;;相變存儲(chǔ)器來(lái)啦![J];電子與電腦;2010年05期

8 ;前沿[J];河南科技;2011年09期

9 KunichiOhta,Kunio.Yamada,Manzoh,HiroyukiShiraki,AkitomoNakamura,KyozoShimizu,YasuoTaruiVLSI,陳德英;一個(gè)迭式高電容存儲(chǔ)器[J];電子器件;1980年S1期

10 D.C.Bossen ,M.Y.Hsiao ,俞書良;存儲(chǔ)器軟錯(cuò)誤問題的系統(tǒng)解決方法[J];計(jì)算機(jī)工程;1982年02期

相關(guān)會(huì)議論文 前5條

1 衛(wèi)寧;王劍峰;杜婕;周聰莉;郭旗;文林;;抗輻射加固封裝國(guó)產(chǎn)存儲(chǔ)器電子輻照試驗(yàn)研究[A];第十屆全國(guó)抗輻射電子學(xué)與電磁脈沖學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2009年

2 胡勇;吳丹;沈森祖;石堅(jiān);;基于V93000測(cè)試系統(tǒng)的存儲(chǔ)器測(cè)試方法研究和實(shí)現(xiàn)[A];第五屆中國(guó)測(cè)試學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2008年

3 陳飛;羅運(yùn)虎;周勇軍;李金猛;周濤;闞艷;;應(yīng)用于飛機(jī)電路板修理的專用存儲(chǔ)器讀寫裝置的研制[A];面向航空試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)——2013年航空試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)峰會(huì)暨學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集[C];2013年

4 吾勤之;許導(dǎo)進(jìn);王晨;劉剛;蔡小五;韓鄭生;;SRAM存儲(chǔ)器單粒子效應(yīng)試驗(yàn)研究[A];第十屆全國(guó)抗輻射電子學(xué)與電磁脈沖學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2009年

5 唐民;;超深亞微米SRAM和Flash存儲(chǔ)器的輻射效應(yīng)[A];第十屆全國(guó)抗輻射電子學(xué)與電磁脈沖學(xué)術(shù)年會(huì)論文集[C];2009年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 周東;朱一明：我拿輟學(xué)賭明天[N];中國(guó)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)導(dǎo)報(bào);2006年

2 姜洋;恒憶進(jìn)軍存儲(chǔ)器市場(chǎng)[N];中國(guó)計(jì)算機(jī)報(bào);2008年

3 本報(bào)記者 郭濤;閃存之后,相變存儲(chǔ)器再受關(guān)注[N];中國(guó)計(jì)算機(jī)報(bào);2011年

4 南京 沈永明;彩電存儲(chǔ)器讀寫器的制作和使用[N];電子報(bào);2005年

5 莫大康;應(yīng)用推動(dòng) 存儲(chǔ)器重回上升軌道[N];中國(guó)電子報(bào);2007年

6 記者 王春;上海“相變存儲(chǔ)器”研究與國(guó)際前沿基本同步[N];科技日?qǐng)?bào);2011年

7 記者王俊鳴;64位存儲(chǔ)器在美問世[N];科技日?qǐng)?bào);2002年

8 蔡綺芝 DigiTimes;IBM Racetrack Memory將取代閃存[N];電子資訊時(shí)報(bào);2007年

9 IDG電訊;“牛”氣沖天[N];計(jì)算機(jī)世界;2000年

10 記者 張錦芳;韓國(guó)高速芯片每秒可傳1萬(wàn)本厚書[N];新華每日電訊;2004年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 吳丹;高效能計(jì)算型存儲(chǔ)器體系結(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)[D];華中科技大學(xué);2012年

2 范雪;一種新型反熔絲存儲(chǔ)器的研制及其抗輻射加固方法研究[D];電子科技大學(xué);2011年

3 劉璐;高k柵堆棧電荷陷阱型MONOS存儲(chǔ)器的研究[D];華中科技大學(xué);2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 段志剛;嵌入式低壓低功耗新型快閃存儲(chǔ)器電路研究[D];清華大學(xué);2004年

2 李家強(qiáng);基于正交拉丁碼的存儲(chǔ)器抗多位翻轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2014年

3 沈菊;相變存儲(chǔ)器芯片電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所）;2008年

4 張佶;高密度阻變存儲(chǔ)器的設(shè)計(jì)[D];復(fù)旦大學(xué);2010年

5 張顯敞;存儲(chǔ)器測(cè)試算法研究及應(yīng)用實(shí)現(xiàn)[D];電子科技大學(xué);2013年

6 宋子凱;大規(guī)模存儲(chǔ)器的高速并行測(cè)試解決方案[D];上海交通大學(xué);2007年

7 丁川;納米晶存儲(chǔ)器中的高壓產(chǎn)生系統(tǒng)設(shè)計(jì)[D];華中科技大學(xué);2010年

8 黃冬其;相變存儲(chǔ)器單元高速擦寫測(cè)試方法研究[D];華中科技大學(xué);2012年

9 程宗憬;阻變存儲(chǔ)器特性研究及讀寫電路設(shè)計(jì)[D];華中科技大學(xué);2013年

10 宋丹;某多通道采編存儲(chǔ)器的研制[D];中北大學(xué);2014年

本文編號(hào)：2805806