隨著信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展,集成電路集成度不斷提高,器件的特征尺寸不斷縮小,傳統(tǒng)的非揮發(fā)性存儲器正面臨著發(fā)展瓶頸:不斷縮小的器件尺寸使得浮柵的厚度相應減小,然而過薄的柵又將導致漏電流、電擊穿等問題出現(xiàn)。對此學界進行了一系列的探索研究,期望能找出突破的方法。具有結(jié)構(gòu)簡單、縮放性好、讀寫速度快、可靠性高、可與CMOS工藝兼容等一系列優(yōu)點的阻變存儲器,是非常有競爭力的下一代非揮發(fā)性存儲器件,引起了國內(nèi)外學者的廣泛關(guān)注。本文針對阻變器件的可靠性展開研究,主要研究內(nèi)容如下:1.本文為研究SiN_x介質(zhì)層中不同硅氮比例對器件特性的影響,利用PECVD(等離子體增強化學氣相淀積)制備SiN_x阻變介質(zhì)層,通過調(diào)整SiN_x制備過程中SiH_4和NH_3的比例制備了三組具有不同硅氮比(不同x值)的SiN_x介質(zhì)層,同時利用DC sputtering(直流磁控濺射)工藝,分別制備Ta和Pt作為頂電極和底電極。測試結(jié)果顯示不同硅氮比的器件在高阻態(tài)電流上存在明顯差異,對這一現(xiàn)象進行了深入的研究分析后,提出肖特基勢壘調(diào)制效應加以解釋。2.本文的核心目標是提高阻變器件的可靠性。利用RF sputtering制備SiN_x介質(zhì)層,因為能提供大量缺陷(Si懸掛鍵)的原因,選用了Si_3N_4作為靶材制備SiN_x薄膜。使得器件的初始狀態(tài)有概率為低阻態(tài),省去forming過程。這對于提高器件的可靠性有重要意義。在研究過程中,發(fā)現(xiàn)適當提高濺射溫度可以提高薄膜的質(zhì)量,提高致密性減少缺陷和孔洞。3.為進一步提高器件的可靠性,本文利用共濺射技術(shù),在SiN_x薄膜中原位摻入Pt原子,制備出SiN_x/SiN_x:Pt/SiN_x層疊結(jié)構(gòu),不僅使得器件具有穩(wěn)定的初始低阻態(tài),且有效降低了器件各操作參數(shù)的隨機波動程度,提高了器件的保持和耐受特性,實現(xiàn)了具有高可靠性的forming-free RRAM器件制備。
【學位單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TP333;TN432
【部分圖文】：

第一章 緒論管的基礎(chǔ)上， F.Masuoka 等人于 1984 年提出 Flash 的概念按塊擦除”為核心理念的陣列式存儲器。在之后的發(fā)展過，又分別朝著以高速、可隨機存取為訴求目標的代碼存儲以大容量為訴求目標的文件存儲（以 NAND 結(jié)構(gòu)為代表存儲密度需求的不斷提高，F(xiàn)lash 尺寸的縮放一直遵從摩勢如圖 1.3 所示[2]。

2.4 幾種常見的有機阻變材料分子結(jié)構(gòu)：（a）AIDCN（b）PS（c）8HQ（d）DT（e）2NT（f）PANI（g）TTF（h）PCMB.3 RRAM 阻變模型和導電機制截至目前，有大量材料被發(fā)現(xiàn)具有電阻轉(zhuǎn)變的特性，但是電阻轉(zhuǎn)變時材料內(nèi)部具的物理機制尚不明確，學界目前在這一問題上尚未有統(tǒng)一的意見。但可以肯定的是，存在某種普適的模型或機理能夠解釋所有不同介質(zhì)和電極材料的阻變器件。在早期的研究中，人們通常對阻變模型和導電機制兩個概念的區(qū)分并不十分明確，是歸結(jié)成“使器件發(fā)生阻變行為的原因”這樣籠統(tǒng)的概念。但是隨著人們研究的深，通過對 I-V 特性曲線的擬合以及原子力顯微鏡（AFM,Atomic Force Microscope）、射電子顯微鏡（TEM, Transmission electron microscope）等物理手段的觀測，發(fā)現(xiàn)前的總結(jié)分類有可能存在不一致或是矛盾之處。比如用 AFM 觀測到導電細絲的生與斷裂，通過曲線擬合卻發(fā)現(xiàn)符合空間電荷限制電流傳輸（trap-controlled SCLC）型[66]。實際上，符合空間電荷限制電流傳輸機制的器件，即使可以用細絲模型解釋

3界面處氧空位的俘獲和釋放引起了能帶的彎曲，從而使得肖特基勢壘高度發(fā)生變化，繼而影響材料的電阻值（肖特基勢壘高度的變化會影響隧穿電流的大�。�。這一模型也被 S.Asanuma 等人用來成功解釋 M/Pr1-xCaxMnO3的阻變行為。其他此類的多元金屬氧化物也有可見于文獻的用這一模型解釋阻變行為的報道[68-69]。2.3.2 細絲型細絲模型是目前被廣泛適用于各類不同材料器件的一種模型，很多學者從理論推導和實際物理觀測的角度對這一模型進行了驗證。如 M. Yang 等人用該模型解釋了SiNx薄膜的阻變行為[70]；H. D. Kim 等人利用 AFM， 成功觀察到 AlN 薄膜中導電細絲的生成[71]，如圖 2.5 所示；S. C. Chae 等人也利用 AFM 在 TiO2薄膜中觀察到類似現(xiàn)象[72]，如圖 2.6 所示；Y. C. Yang 等人利用 TEM 在 ZnO 薄膜中觀察到 Ag 導電細絲的存在并利用能量色散 X 射線光譜（EDX, Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy）驗證其元素組成[64]。
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本文編號：2842628