大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等新興產(chǎn)業(yè)對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的需求主要為非揮發(fā)性存儲(chǔ)器(Non-volatile Memory),目前市場(chǎng)主流以閃存(Flash)和硬盤(Hard Disk)為主。但前者由于逼近工藝極限而難以尺寸縮小,后者因速度過(guò)慢不適應(yīng)市場(chǎng)需求,所以新型非揮發(fā)性存儲(chǔ)器的開發(fā)需求日益增加。阻變存儲(chǔ)器由于其高集成密度(4F~2)、快讀寫速度(納秒級(jí))、低功耗及易與CMOS工藝相兼容等優(yōu)點(diǎn)成為下一代存儲(chǔ)器的有力競(jìng)爭(zhēng)者。同時(shí),由于柔性消費(fèi)電子產(chǎn)品市場(chǎng)的逐漸興起,電池技術(shù)沒(méi)有突破性進(jìn)展的情況下,快速脈沖操作下的阻變存儲(chǔ)器的低功耗性能被學(xué)界和工業(yè)界極度重視。但阻變存儲(chǔ)器在應(yīng)用中存在著穩(wěn)定性不佳及低功耗實(shí)現(xiàn)困難等問(wèn)題,因此,本論文主要通過(guò)研究TaO_x為基礎(chǔ)的離子型阻變結(jié)構(gòu)單元,對(duì)器件的穩(wěn)定性及低功耗特性進(jìn)行集中優(yōu)化。首先,本文將Ta/TaO_x/Pt結(jié)構(gòu)的中間層工藝進(jìn)行了優(yōu)化,得到了耐久性較好的阻變層工藝;其次,對(duì)Ta/TaO_x/Pt的上電極材料進(jìn)行了更換,得到了高低阻值一致性較好的Hf/TaO_x/Pt器件,并建立了模型,簡(jiǎn)要解釋了該器件一致性提升機(jī)理;而后,對(duì)電極工程中更換Al電極得到的低功耗器件的耐久性進(jìn)行了集中優(yōu)化,耐久性從不足百次提升至2700余次;最后,在Ta/TaO_x/Pt器件的上界面插入納米Al插層,在保持器件仍然具備較低功耗的同時(shí),將耐久性提升至萬(wàn)余次。通過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn)及表征,文章得到并研究了低功耗、高可靠性的阻變存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)方法及機(jī)理。最終得到的器件電流控制在10uA級(jí)別,P_(SET)及P_(RESET)小于20μW,P_(READ)控制在5μW,Endurance性能達(dá)到2700。插層器件在較低功耗下實(shí)現(xiàn)了10~5次循環(huán)。
【學(xué)位單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TP333
【部分圖文】：

存儲(chǔ)器的分類兩者定義的區(qū)別是斷電后是否能夠保存數(shù)據(jù)

嵌環(huán)形柵的 Flash 工藝流程示意圖；（b）圓柱形通孔 V-NAND Flash定律逼近物理極限，無(wú)論是處理芯片還是存儲(chǔ)器芯片，半導(dǎo)不斷提升單位尺寸內(nèi)的性能。但單位性能已經(jīng)不是現(xiàn)階段唯為地球最強(qiáng)性能的代表，理論上看，只要級(jí)聯(lián)的芯片足夠多

2。圖1.3 （a）帶有信息線結(jié)構(gòu)的MRAM存儲(chǔ)單元；（b）STT-MRAM結(jié)構(gòu)示意圖[53]但 MRAM 也存在它的問(wèn)題，由于其釘扎層常用鐵磁性材料（CoFeB 等），在現(xiàn)有工藝節(jié)點(diǎn)下，這類材料的干法刻蝕困難，極薄的 MgO 層厚度（~1nm）要求刻蝕和清洗后的側(cè)壁絕對(duì)清潔，否則就會(huì)出現(xiàn)缺陷，這是非常具有挑戰(zhàn)性的。CoFeB/MgO 界面提供的各向異性也太弱，無(wú)法保證在小于 20nm 的結(jié)構(gòu)尺寸下保持 10 年。集成度問(wèn)題使得 STT-MRAM 更適合于替代集成度不高的 SRAM，或者應(yīng)用在 MCU（micro-controllerunit）等嵌入式領(lǐng)域。1.2.2 相變存儲(chǔ)器相變存儲(chǔ)器 PcRAM 的結(jié)構(gòu)和 STT-MRAM 結(jié)構(gòu)較為類似，其中的 MJT 被 MPM（Metal-PCM-Metal;PCM,phasechangematerial）取代
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本文編號(hào)：2872290