隨著基于電荷存儲的非易失性存儲器（NVM）,例如閃存（flash）,的尺寸縮減接近其物理極限,發(fā)展高性能、高密度、低成本的新型NVM成為了半導體存儲器行業(yè)的研究焦點。阻變存儲器（RRAM）作為一種有前景的新型NVM,由于其具有結(jié)構(gòu)簡單、擦寫速度快、功耗低、集成密度高和尺寸可縮小性好等優(yōu)點而備受科學界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。眾所周知,RRAM器件作為新型NVM的最大優(yōu)勢在于其具有良好的尺寸可縮小性,從而獲得更高密度的存儲器。但是,器件尺寸的不斷縮小依賴于微加工技術(shù)的不斷進步,所需要付出的成本（代價）也越來越高（大）。因此,在RRAM中實現(xiàn)多級單元（MLC）存儲特性為提高器件的存儲密度提供了另外一條有效途徑。如果將RRAM器件中的導電細絲尺寸控制在原子尺度,那么就有可能觀察到一類奇特的現(xiàn)象——量子化電導現(xiàn)象。穩(wěn)定且可控的量子化電導在超高密度存儲器方面具有十分廣闊的應(yīng)用前景。此外,近年來研究發(fā)現(xiàn),電阻轉(zhuǎn)變效應(yīng)除了可以應(yīng)用于NVM之外,還可以在神經(jīng)形態(tài)學計算（特別是用來模擬生物突觸的相關(guān)功能）或邏輯電路等方面具有潛在的應(yīng)用和研究價值。因此,針對以上關(guān)于RRAM研究的核心問題或研究熱點,本論文通過構(gòu)... 

【文章頁數(shù)】：108 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    1.1 半導體存儲器概述
        1.1.1 半導體存儲器的分類
        1.1.2 傳統(tǒng)存儲器面臨的尺寸縮減極限
        1.1.3 新型非易失性存儲器簡介
    1.2 阻變存儲器的研究進展
        1.2.1 阻變存儲器的發(fā)展歷程
        1.2.2 阻變存儲器的材料體系
        1.2.3 阻變存儲器的電阻轉(zhuǎn)變機理
        1.2.4 電阻轉(zhuǎn)變效應(yīng)的其他應(yīng)用
    1.3 本論文的主要研究內(nèi)容
    參考文獻
第二章 HfO_2/TiO_x雙層結(jié)構(gòu)阻變存儲器的底電極材料與性能優(yōu)化
    2.1 引言
    2.2 HfO_2/TiO_x材料制備及成分與價態(tài)分析
    2.3 底電極對HfO_2/TiO_x雙層結(jié)構(gòu)阻變存儲器的性能影響
        2.3.1 器件制備、結(jié)構(gòu)和生長參數(shù)
        2.3.2 底電極對器件I-V特性的影響
        2.3.3 底電極對器件主要開關(guān)參數(shù)的影響
    2.4 不同類型底電極HfO_2/TiO_x雙層結(jié)構(gòu)阻變存儲器的電阻開關(guān)機制
        2.4.1 活性底電極HfO_2/TiO_x阻變存儲器的電阻開關(guān)機制
        2.4.2 惰性底電極HfO_2/TiO_x阻變存儲器的電阻開關(guān)機制
        2.4.3 親氧底電極HfO_2/TiO_x阻變存儲器的電阻開關(guān)機制
    本章小結(jié)
    參考文獻
第三章 Al_2O_3/HfO_2/Al_2O_3三層結(jié)構(gòu)阻變存儲器多級存儲與初始開關(guān)動力學研究
    3.1 引言
    3.2 Ti/Al_2O_3/HfO_2/Al_2O_3/Pt器件制備與結(jié)構(gòu)表征
    3.3 Al_2O_3層在Ti/Al_2O_3/HfO_2/Al_2O_3/Pt器件中的作用
    3.4 Ti/Al_2O_3/HfO_2/Al_2O_3/Pt器件的電阻開關(guān)和導電機制
    3.5 Ti/Al_2O_3/HfO_2/Al_2O_3/Pt器件的多級存儲與初始開關(guān)動力學特性
        3.5.1 多級存儲特性
        3.5.2 初始開關(guān)動力學特性
    本章小結(jié)
    參考文獻
第四章 HfO_x/Al_2O_3多層結(jié)構(gòu)阻變存儲器導電量子化及負微分電導振蕩特性
    4.1 引言
    4.2 HfO_x/Al_2O_3多層結(jié)構(gòu)薄膜的制備及器件結(jié)構(gòu)表征
    4.3 HfO_x/Al_2O_3多層結(jié)構(gòu)器件的阻變存儲特性
        4.3.0 電阻開關(guān)特性
        4.3.1 循環(huán)和保持特性
        4.3.2 多級存儲特性
    4.4 HfO_x/Al_2O_3多層結(jié)構(gòu)阻變存儲器的導電量子化現(xiàn)象
        4.4.1 直流掃描模式下器件的量子化電導
        4.4.2 脈沖鏈操作模式下器件的量子化電導
    4.5 HfO_x/Al_2O_3多層結(jié)構(gòu)阻變存儲器的負微分電導振蕩特性
    本章小結(jié)
    參考文獻
第五章 Ti/HfO_2/TiO_x/Pt器件電阻轉(zhuǎn)變效應(yīng)在電子突觸方面的應(yīng)用
    5.1 引言
    5.2 Ti/HfO_2/TiO_x/Pt器件的結(jié)構(gòu)表征
    5.3 Ti/HfO_2/TiO_x/Pt器件的阻變存儲特性
        5.3.1 電阻開關(guān)特性
        5.3.2 循環(huán)和保持特性
        5.3.3 多級存儲特性
    5.4 Ti/HfO_2/TiO_x/Pt器件的電導連續(xù)調(diào)節(jié)
        5.4.1 直流掃描模式下的電導連續(xù)調(diào)節(jié)
        5.4.2 脈沖鏈操作模式下的電導連續(xù)調(diào)節(jié)
    5.5 Ti/HO_2/TiO_x/Pt器件在電子突觸方面的應(yīng)用
        5.5.1 突觸增強和抑制的模擬
        5.5.2 短時可塑性和長時可塑性的模擬
    本章小結(jié)
    參考文獻
第六章 總結(jié)與展望
    6.1 本論文工作總結(jié)
    6.2 未來工作展望
攻讀博士學位期間發(fā)表的學術(shù)論文
致謝



本文編號：3657876