在信息存儲(chǔ)技術(shù)日益發(fā)展的今天,存儲(chǔ)器成為當(dāng)代集成電路產(chǎn)業(yè)中最重要、最基礎(chǔ)的部件之一。存儲(chǔ)器的高集成度、較大的存儲(chǔ)容量、高讀寫速度和低功耗等特性要求使它成為現(xiàn)如今集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要推動(dòng)力。市場上各類型的存儲(chǔ)器形成百花齊放的局面,Flash存儲(chǔ)器走上技術(shù)的物理極限后,使革命型的全新非易失性存儲(chǔ)器在整個(gè)存儲(chǔ)產(chǎn)業(yè)中起了主導(dǎo)地位。有代表性的非易失性存儲(chǔ)器主要有鐵電存儲(chǔ)器、磁性存儲(chǔ)器、相變存儲(chǔ)器和阻變存儲(chǔ)器。非易失性存儲(chǔ)器主要以交叉點(diǎn)陣列結(jié)構(gòu)來存儲(chǔ)數(shù)據(jù),在高集成度的存儲(chǔ)陣列中,各單元之間的串?dāng)_問題和功耗問題一直未能得到有效解決。具有非線性的選通器串接在存儲(chǔ)單元中避免了高集成度的存儲(chǔ)陣列之間串?dāng)_和漏電,從而關(guān)于選通器的研究收到廣大的關(guān)注。近年來關(guān)于選通器的研究如火如荼,不同工作機(jī)理和不同結(jié)構(gòu)的選通器被科研工作者進(jìn)行研究。而這些選通器的實(shí)用性也備受爭議,需要在交叉點(diǎn)陣列中與存儲(chǔ)器協(xié)同實(shí)踐檢驗(yàn)性能的可靠性。非線性是決定選通器器件性能的最重要的參數(shù)之一。目前市場上主要有基于相變機(jī)理和隧穿機(jī)理的選通器器件。選通器的主要結(jié)構(gòu)有MIM、MSI、NPN、NIPIN和MIEC結(jié)構(gòu)。本文主要研究了基于隧穿機(jī)理而產(chǎn)生非線性的選通器,在1SIR結(jié)構(gòu)中來改善存儲(chǔ)性能和提升集成度。本文主要通過基于密度泛函理論的第一性原理的計(jì)算方法,研究了多晶ZnO作選通器材料的可靠性。首先,通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)ZnO晶體不同表面的電學(xué)特性各不相同,造成這種現(xiàn)象的原因是晶體的各向異性。其次通過比較所搭建的三種不同多晶模型的電學(xué)特性和伏安特性曲線發(fā)現(xiàn),多晶狀態(tài)下會(huì)引入晶界勢壘。而晶界勢壘是其產(chǎn)生非線性的主要原因,晶界勢壘的高低也決定了其非線性和導(dǎo)電性的大小。非線性的強(qiáng)弱決定了其對(duì)RRAM器件的整流作用,擁有較高非線性的選通器相應(yīng)的能夠更有效的解決RRAM的串?dāng)_漏電等問題。為了使多晶ZnO選通器更好匹配RRAM器件的工作電流,我們?cè)诙嗑nO中摻雜N元素,減小多晶體系的帶隙,從而提升器件的導(dǎo)電性。另外,考慮工藝上器件結(jié)構(gòu),我們?cè)诙嗑nO兩端插入不同電極,使其應(yīng)用在實(shí)際工作條件下,也能保持優(yōu)良的非線性和導(dǎo)電性。我們研究比較了C/多晶ZnO/C、Cu/多晶ZnO/Cu、Zn/多晶ZnO/Zn三種在不同電極條件下的體系電子特性。C電極的插入會(huì)引入界面態(tài)和界面勢壘,界面勢壘的存在使非線性增強(qiáng)但工作電流相應(yīng)減小。Cu電極同樣會(huì)引入界面勢壘,通過加H鈍化后界面態(tài)消除。由于Cu金屬的電勢較高,導(dǎo)致遠(yuǎn)離界面的Cu電勢高于ZnO平均電勢,從而影響載流子傳輸。Zn金屬電勢與ZnO幾乎相等,H鈍化后完全消除了界面勢壘。另外,電極的插入使費(fèi)米能級(jí)上移,導(dǎo)致體系工作電流增大。最后得出Zn/多晶ZnO/Zn器件結(jié)構(gòu)可以有效的解決RRAM的漏電和功耗問題。
【學(xué)位單位】：安徽大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TP333
【部分圖文】：

基于多晶ＺｎＯ材料的ｓｅｌｅｃｔｏｒ器件研宄??后ＲＲＡＭ器件的Ｉ－Ｖ曲線。在Ｗ／ＴｉＯｙ／Ｔｉ／ＨｆＯｙ／Ｐｔ結(jié)構(gòu)中ＨｆＯｘ和Ｔｉ界面中會(huì)形??成更多的氧空位，可以產(chǎn)生穩(wěn)定的長絲。兩個(gè)器件均可通過施加０至＋１．５?Ｖ的正??電壓進(jìn)行置位，而０至－２?Ｖ的負(fù)電壓可對(duì)器件進(jìn)行復(fù)位。在ＴＥ上的正偏壓應(yīng)用??下，由于帶正電荷的氧空位的凝聚，來自ＢＥ的電子注入在ＲｅＲＡＭ堆疊中形成??細(xì)絲。再次，在ＴＥ上的負(fù)偏壓下ＢＥ的空穴注入由于氧空位的隔離而導(dǎo)致復(fù)位［２２］。??在插入薄的ＴＫ）ｙ隧道勢壘層之后，與沒有ＴｉＯｙ層的器件相比，ＮＬ提高了約??８００％。非線性提高之后，進(jìn)而可以控制低電壓區(qū)域的電流。通過降低低電壓下??的漏電流，從從解決ＲＲＡＭ器件的功耗和串?dāng)_問題。為了改善ＮＬ，在ＴｉＯｙ層??沉積期間改變厚度和氧濃度。實(shí)驗(yàn)分析揭示了?１－Ｖ曲線和工藝條件之間的直接關(guān)??系。發(fā)現(xiàn)氧化物（ＴｉＯｙ）化學(xué)計(jì)量的變化對(duì)與ＮＬ相關(guān)的Ｉ－Ｖ曲線的斜率有影響。??研究中還分析了?ＴｉＯｙ層的厚度對(duì)非線性的影響，ＮＬ隨著厚度的增加而增加。??

晶界勢壘的高度也是影響器件非線性的重要參數(shù)之一，也決定多晶器件??的整體性能。??＿??圖１－２多晶材料形成的孿生晶界模型圖??Ｆｉｇ．?１－２?Ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｔｗｉｎ?ｇｒａｉｎ?ｂｏｕｎｄａｒｙ?ｍｏｄｅｌ?ｆｏｒｍｅｄ?ｂｙ?ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ?ｍａｔｅｒｉａｌ??雖然現(xiàn)在ＭＩＭ三明治結(jié)構(gòu)的ｓｅｌｅｃｔｏｒ器件工藝己經(jīng)非常成熟，但是ＭＩＭ結(jié)??構(gòu)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了日益成長的ＲＲＡＭ性能的需求，在現(xiàn)今追求低功耗高性能的??科技時(shí)代，我們對(duì)ｓｅｌｅｃｔｏｒ的整流特性要求越來越高，從而出現(xiàn)了更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)??－ｍｕｌｔｉ－ｌａｙｅｒｅｄ?ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ，來改善ｓｅｌｅｃｔｏｒ的非線性。現(xiàn)在最流行的多層隧穿行為??結(jié)構(gòu)的有Ｍ／Ｓ－Ｉ－Ｓ／Ｍ、ＮＩＰＩＮ、等新型隧穿結(jié)構(gòu)。新型多層隧穿結(jié)構(gòu)??擁有比ＭＩＭ更優(yōu)秀的非線性和整流特性，更好的解決ＲＲＡＭ的工作漏電問題和??功耗問題。使存儲(chǔ)特性有了質(zhì)的提高。??Ｐｔ?Ｔａ２０５?ＴａＯｘ?肩＿?Ｐｔ??■?．?？??？?＇?：?Ｖ：??圖１－３?Ｐｔ／Ｔａ０ｘ／ＴｉＯ２／ＴａＯｘ／Ｐｔ結(jié)構(gòu)的選通器器件??Ｆｉｇ．?１－３?ｓｅｌｅｃｔｏｒ?ｄｅｖｉｃｅ?ｏｆ?Ｐｔ／Ｔａ０ｘ／Ｔｉ０２／Ｔａ０ｘ／Ｐｔ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??就如?Ｊｉｙｏｎｇ?Ｗｏｏ?教授提出的?Ｐｔ／Ｔａ０ｘ／Ｔｉ０２／Ｔａ０ｘ／Ｐｔ、Ｐｔ／Ｔａ２０５／Ｔａ０ｘ／Ｔｉ０２／Ｐｔ??多層隧穿結(jié)構(gòu)［２５］

ＲＲＡＭ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｗｉｔｈ?ｓｅｌｅｃｔｏｒ?ｄｅｖｉｃｅ，?（ｃ）?Ｉ－Ｖ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?ＲＲＡＭ?ｄｅｖｉｃｅ，?（ｄ）?ＩＶ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?１?ＳＩＲ??ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．??如圖２－１所示，圖（ｃ）為單獨(dú)ＲＲＡＭ器件的工作伏安特性曲線，ｓｅｔ為置位??８??
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本文編號(hào)：2867615