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(yīng)減小,然而過薄的柵又將導(dǎo)致漏電流、電擊穿等問題出現(xiàn)。對此學(xué)界進(jìn)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(diǎn)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(xué)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(qiáng)化學(xué)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(jìn)行了深入的研究分析后,提出肖特基勢壘調(diào)制效應(yīng)加以解釋。2.本文的核心目標(biāo)是提高阻變器件的可靠性。利用RF sputtering制備SiN_x介質(zhì)層,因?yàn)槟芴峁┐罅咳毕?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(dāng)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(jìn)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(jī)波動程度,提高了器件的保持和耐受特性,實(shí)現(xiàn)了具有高可靠性的forming-free RRAM器件制備。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(jī)存取為訴求目標(biāo)的代碼存儲以大容量為訴求目標(biāo)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(jī)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(dǎo)電機(jī)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(jī)制尚不明確，學(xué)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(jī)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(dǎo)電機(jī)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(dǎo)電細(xì)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(shí)際上，符合空間電荷限制電流傳輸機(jī)制的器件，即使可以用細(xì)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小）。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(xiàn)的用這一模型解釋阻變行為的報道[68-69]。2.3.2 細(xì)絲型細(xì)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(xué)者從理論推導(dǎo)和實(shí)際物理觀測的角度對這一模型進(jìn)行了驗(yàn)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(dǎo)電細(xì)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(dǎo)電細(xì)絲的存在并利用能量色散 X 射線光譜（EDX, Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy）驗(yàn)證其元素組成[64]。
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本文編號：2842628