在信息技術(shù)飛速發(fā)展的今天,阻變存儲器因其密度高、容量大、速度快、功耗低的優(yōu)勢,成為下一代主流存儲器的有力競爭者。從工藝和集成密度的角度考慮,無源交叉陣列是實現(xiàn)阻變存儲器高密度存儲的最佳方案,但是陣列中泄漏電流帶來的串?dāng)_問題不容小覷。為此,研究者們提出了多種方案來解決串?dāng)_問題,其中,使用選通器（selector）與阻變存儲器串聯(lián)來抑制泄漏電流被認為是最經(jīng)濟的解決辦法。表征選通器性能優(yōu)劣的關(guān)鍵參數(shù)是非線性（NL）,本文主要采用基于第一性原理的研究手段探究了完整石墨烯（GR）插層和三種缺陷GR插層對Ag/quartz/Pt選通器特性的影響。利用第一性原理的計算方法研究了完整GR插層對Ag/quartz/Pt型選通器特性的影響（主要是非線性）。首先通過表面能和結(jié)合能的計算,我們確定了quartz（001）平板模型的厚度、各個界面的界面距離和界面構(gòu)型,進而搭建了Ag（111）/quartz（001）和Ag（111）/GR/quartz（001）兩種界面,仿真結(jié)果顯示GR單層的插入使得界面間載流子的傳輸變難、界面間的電荷轉(zhuǎn)移減少、quartz的介電可靠性和電導(dǎo)率明顯改善。隨后,搭建了Ag/quar... 

【文章來源】：安徽大學(xué)安徽省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

半導(dǎo)體存儲器的分類Fig.1.1Classificationofsemiconductormemory其中易失性存儲器（需要有電源供應(yīng)來維持數(shù)據(jù)的存儲，掉電后數(shù)據(jù)就會丟失）主

PRAM）和磁性存儲器[4]（MRAM）。其中，RRAM由于其自身結(jié)構(gòu)簡單、成本低、功耗低、密度高、擦寫速度快、與CMOS工藝有良好的兼容性等，有望成為下一代主流的非易失性存儲器[5]。1.2提高RRAM存儲密度面臨的問題及解決辦法RRAM是由上下金屬電極以及中間介質(zhì)層組成的“三明治”結(jié)構(gòu)的新型非易失性存儲器，如圖1.2所示。其中，介質(zhì)層又稱為阻變層，阻變層材料在不同電激勵下（電壓或電流），實現(xiàn)高低兩種電阻狀態(tài)之間的可逆轉(zhuǎn)換，以此來進行數(shù)據(jù)存儲。值得注意的是，外加電場只影響材料的電子結(jié)構(gòu)，材料的晶體結(jié)構(gòu)不受影響。圖1.2RRAM的結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1.2SchematicdiagramofRRAM作為一種新型的非易失性存儲器，RRAM要想提高自身的市場競爭力，在提高存儲性能的同時，也需要利用高存儲密度、高集成度的優(yōu)勢來降低成本。一般情況下，RRAM的集成方式分為：有源陣列和無源陣列。在有源陣列中，使用場效應(yīng)晶體管與阻變存儲元件串聯(lián)構(gòu)成1T1R結(jié)構(gòu)，在這種結(jié)構(gòu)中可以通過控制晶體管的導(dǎo)通狀態(tài)實現(xiàn)對存儲單元的選擇。理論上，有源陣列中晶體管的尺寸決定了每個存儲單元的面積大小，

愣訓(xùn)??媧⒚芏瘸殺短岣擼ù?儲單元的有效單元面積僅為4F2/N，N為層數(shù)[7]）。因此，從工藝和集成密度的角度考慮，無源陣列是RRAM集成的首選存儲方式。但是，實現(xiàn)高密度的RRAM集成仍然面臨很多挑戰(zhàn)。一方面，由于陣列中不同存儲單元的均一性不好，各單元性能上存在差異；另一方面，由于未選單元上的漏電流導(dǎo)致了嚴重的串?dāng)_問題，使功耗增大的同時也會造成信息的誤讀。目前更多的是用以下三種方式解決串?dāng)_問題：（1）設(shè)計具有自整流特性的阻變存儲器[8,9]，即RRAM保持自身阻變特性外還具有整流特性，可以有效減少泄漏電流。圖1.3Pt/WO3/a-Si/Cu器件的：（a）原理圖的SEM橫斷層影像;（b）連續(xù)掃描1000次的I-V曲線圖Fig.1.3Pt/WO3/a-Si/Cudevice：(a)SchematicviewandSEMcross-sectionalimage;(b)I-Vgraphsfor1000consecutivescans2013年，中科院劉明課題組成功制備了一種Pt/WO3/a-Si/Cu結(jié)構(gòu)的自整流RRAM器件[9]。在圖1.3（a）中，可以清晰地看到各層之間的界面，其中a-Si、WO3、Pt層的厚度分別為50nm、70nm、50nm。在圖1.3（b）中，該器件展現(xiàn)出明顯的雙極型電阻轉(zhuǎn)變特性和整流特性（-1.5V下高阻態(tài)的阻值要比1.5V下低阻態(tài)的阻值高100倍），表明Pt/WO3/a-Si/Cu器件具有自整流特性，能克服串?dāng)_問題，實現(xiàn)自我選擇。更重要的是，Pt/WO3/a-Si/Cu器件的整流特性具有非常優(yōu)越的一致性和可重復(fù)性（在1000次的掃描下I-V特性基本一致）。（2）串聯(lián)一個整流二極管，構(gòu)成1D1R（onediode-oneresistor）結(jié)構(gòu)。通過二極管的導(dǎo)通或關(guān)閉來操作特定的存儲單元，由于二極管具有整流特性，在正偏壓下，有明顯

【參考文獻】：
博士論文
[1]面向高密度阻變存儲器應(yīng)用的閾值選通器件研究[D]. 王超.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2018



本文編號：2952615