在信息技術(shù)飛速發(fā)展的今天,阻變存儲(chǔ)器因其密度高、容量大、速度快、功耗低的優(yōu)勢(shì),成為下一代主流存儲(chǔ)器的有力競(jìng)爭(zhēng)者。從工藝和集成密度的角度考慮,無(wú)源交叉陣列是實(shí)現(xiàn)阻變存儲(chǔ)器高密度存儲(chǔ)的最佳方案,但是陣列中泄漏電流帶來(lái)的串?dāng)_問(wèn)題不容小覷。為此,研究者們提出了多種方案來(lái)解決串?dāng)_問(wèn)題,其中,使用選通器（selector）與阻變存儲(chǔ)器串聯(lián)來(lái)抑制泄漏電流被認(rèn)為是最經(jīng)濟(jì)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(duì)Ag/quartz/Pt選通器特性的影響。利用第一性原理的計(jì)算方法研究了完整GR插層對(duì)Ag/quartz/Pt型選通器特性的影響（主要是非線性）。首先通過(guò)表面能和結(jié)合能的計(jì)算,我們確定了quartz（001）平板模型的厚度、各個(gè)界面的界面距離和界面構(gòu)型,進(jìn)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(lái)源】：安徽大學(xué)安徽省 211工程院校

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半導(dǎo)體存儲(chǔ)器的分類(lèi)Fig.1.1Classificationofsemiconductormemory其中易失性存儲(chǔ)器（需要有電源供應(yīng)來(lái)維持?jǐn)?shù)據(jù)的存儲(chǔ)，掉電后數(shù)據(jù)就會(huì)丟失）主

PRAM）和磁性存儲(chǔ)器[4]（MRAM）。其中，RRAM由于其自身結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、功耗低、密度高、擦寫(xiě)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(chǔ)器[5]。1.2提高RRAM存儲(chǔ)密度面臨的問(wèn)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(chǔ)器，如圖1.2所示。其中，介質(zhì)層又稱(chēng)為阻變層，阻變層材料在不同電激勵(lì)下（電壓或電流），實(shí)現(xiàn)高低兩種電阻狀態(tài)之間的可逆轉(zhuǎn)換，以此來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。值得注意的是，外加電場(chǎng)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(chǔ)器，RRAM要想提高自身的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，在提高存儲(chǔ)性能的同時(shí)，也需要利用高存儲(chǔ)密度、高集成度的優(yōu)勢(shì)來(lái)降低成本。一般情況下，RRAM的集成方式分為：有源陣列和無(wú)源陣列。在有源陣列中，使用場(chǎng)效應(yīng)晶體管與阻變存儲(chǔ)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(guò)控制晶體管的導(dǎo)通狀態(tài)實(shí)現(xiàn)對(duì)存儲(chǔ)單元的選擇。理論上，有源陣列中晶體管的尺寸決定了每個(gè)存儲(chǔ)單元的面積大小，

愣訓(xùn)??媧⒚芏瘸殺短岣擼ù?儲(chǔ)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(wú)源陣列是RRAM集成的首選存儲(chǔ)方式。但是，實(shí)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(chǔ)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(yán)重的串?dāng)_問(wèn)題，使功耗增大的同時(shí)也會(huì)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(wèn)題：（1）設(shè)計(jì)具有自整流特性的阻變存儲(chǔ)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(wèn)題，實(shí)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(gè)整流二極管，構(gòu)成1D1R（onediode-oneresistor）結(jié)構(gòu)。通過(guò)二極管的導(dǎo)通或關(guān)閉來(lái)操作特定的存儲(chǔ)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(xiàn)】：
博士論文
[1]面向高密度阻變存儲(chǔ)器應(yīng)用的閾值選通器件研究[D]. 王超.中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2018



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