本文關(guān)鍵詞：基于銅的二氧化鈦固態(tài)電解質(zhì)阻變特性與機(jī)理的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著市場對高容量、低功耗、具有快速存儲能力的存儲器需求的增加，非揮發(fā)性存儲器（Nonvolatile Memory）在半導(dǎo)體工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用。目前市場主流的非揮發(fā)存儲器Flash Memory隨著工藝技術(shù)的提高已經(jīng)接近其物理極限，因此新型非揮發(fā)性存儲器的開發(fā)需求日益增加。其中阻變存儲器（ReRAM）由于其高集成密度、快讀寫速度（納秒級）、低功耗及易與CMOS工藝相兼容等優(yōu)點成為下一代存儲器的有力競爭者。在最近幾十年里，阻變存儲器的研究得到了迅猛的發(fā)展，然而到目前為止其阻變機(jī)理尚不完全清楚。本論文正是在如此的背景下，側(cè)重于阻變機(jī)理的分析，提出新的阻變機(jī)制。 本論文實驗樣品中電極通過電子束蒸發(fā)制備，氧化鈦薄膜通過磁控濺射制備。阻變機(jī)理的分析一方面通過AES，AFM等表征手段獲得材料特性，另一方面通過電學(xué)測試安捷倫B1500A建立阻變模型。 首先，本論文探討阻變的發(fā)展現(xiàn)狀以及相關(guān)機(jī)理，改善了氧化鈦薄膜的制備工藝。從氧分壓以及靶基距的角度，，改變不同的條件得到相應(yīng)的Al/TiOx/Cu結(jié)構(gòu)，獲得具有多值存儲特性的阻變單元。隨后從AES等材料表征手段分析材料特性，從電學(xué)特性分析阻變機(jī)理，在此基礎(chǔ)上第一次提出兩種導(dǎo)電細(xì)絲（銅導(dǎo)電細(xì)絲與氧空位導(dǎo)電細(xì)絲）共存的阻變模型。在Reset過程中由于銅導(dǎo)電細(xì)絲優(yōu)先斷裂，從而獲得Reset1，氧空位導(dǎo)電細(xì)絲繼而斷裂獲得Reset2。 其次，為了改善多值特性，后續(xù)實驗中優(yōu)化介質(zhì)層厚度，獲得Forming-free，低功耗和多值存儲特性的阻變單元。 隨后，在之前工作的基礎(chǔ)上，用氧化硅層插入到氧化鈦和鋁上電極之間（即Al/SiO2/TiOx/Cu結(jié)構(gòu)），獲得功耗更低的阻變特性。氧化硅層的作用在于避免氧空位區(qū)域的形成，減少電子的注入；控制導(dǎo)電細(xì)絲形成的數(shù)量，從而達(dá)到降低功耗的目的。 最后，為了對比離子型阻變與電子型阻變的差異，本文同時制備了Al/TiOx/Cu和Al/TiOx/Al結(jié)構(gòu)，通過對比點與點之間、點內(nèi)的一致性差異，表明電子型阻變Al/TiOx/Al結(jié)構(gòu)比離子型阻變Al/TiOx/Cu結(jié)構(gòu)的一致性更好。 通過本論文相關(guān)的實驗，證實氧化鈦作為阻變介質(zhì)層在未來RRAM應(yīng)用中的可能性。這將有助于研制替代閃存的高性能阻變存儲器，同時對阻變存儲器的機(jī)制研究及其阻變模型的構(gòu)建，為優(yōu)化出低功耗，高集成度，高度一致的阻變存儲器的研究提供了經(jīng)驗，對RRAM器件的制備以及應(yīng)用有一定的指導(dǎo)意義。
【關(guān)鍵詞】：阻變存儲器 氧化鈦 離子型阻變 銅 電子型阻變 電子傳輸機(jī)制
【學(xué)位授予單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TP333
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-21
• 1.1 非揮發(fā)性阻變存儲器(RRAM)概念9-12
• 1.1.1 RRAM 操作步驟10-11
• 1.1.2 RRAM 的性能指標(biāo)11-12
• 1.2 阻變存儲器存儲機(jī)制12-19
• 1.2.1 離子阻變類型12-14
• 1.2.2 電子阻變類型14-19
• 1.3 阻變體系氧化鈦以及銅電極的簡介19
• 1.4 研究內(nèi)容及研究意義19-21
• 第二章 薄膜制備技術(shù)以及表征技術(shù)21-25
• 2.1 薄膜沉積設(shè)備介紹及其原理21-22
• 2.1.1 濺射設(shè)備—沉積氧化鈦介質(zhì)層21-22
• 2.1.2 高真空電子束蒸發(fā)設(shè)備—沉積電極層22
• 2.2 薄膜特性表征設(shè)備22-25
• 2.2.1 原子力顯微鏡22-23
• 2.2.2 X 射線衍射分析儀23
• 2.2.3 深度剖析俄歇電子能譜儀23-24
• 2.2.4 電學(xué)特性測試儀器24-25
• 第三章 基于氧化鈦固態(tài)電解質(zhì)的 RRAM 阻變特性研究25-40
• 3.1 不同氧分壓對阻變特性的影響25-27
• 3.2 不同靶基距對阻變特性的影響27-29
• 3.3 基于 Al/200nm-TiO_x/Cu 結(jié)構(gòu)的多值存儲特性29-34
• 3.4 基于 Al/50nm-TiO_x/Cu 結(jié)構(gòu)的 Forming-free,低功耗及多值存儲特性34-38
• 3.5 本章小結(jié)38-40
• 第四章 基于氧化鈦的離子型阻變與電子型阻變的研究40-47
• 4.1 基于 Al／SiO_2/TiO_x/Cu 結(jié)構(gòu)的離子型阻變40-43
• 4.2 基于 Al/TiO_x/Al 結(jié)構(gòu)的電子型阻變43-45
• 4.3 本章小結(jié)45-47
• 第五章 總結(jié)與展望47-48
• 參考文獻(xiàn)48-53
• 發(fā)表論文和科研情況說明53-54
• 致謝54-55

【共引文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：基于銅的二氧化鈦固態(tài)電解質(zhì)阻變特性與機(jī)理的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：336062