隨著通信、計算機和個人消費電子產(chǎn)品發(fā)展,市場對非易失性存儲器的需求量越來越大,人們對存儲設備的要求也越來越高。半導體工藝技術節(jié)點進入20nm,傳統(tǒng)基于浮柵結構的閃存(Flash)的正面臨嚴重的技術瓶頸。因此,實現(xiàn)更高速度、更大容量、更高集成度、更強可靠性和更低功耗的存儲器來取代Flash存儲器成為人們研究的熱點。阻變存儲器以其卓越的特性受到學術領域和工業(yè)領域的高度重視。本文針對基于ZrO2與Si3N4薄膜的阻變存儲器展開研究,主要內(nèi)容如下:1.論文對Ti/ZrO2/Pt RRAM器件的直流轉換、阻變機制、導電機制等方面的特性進行研究。研究器件的C-V與C-F特性發(fā)現(xiàn)器件高阻態(tài)時表現(xiàn)為電容特性,低阻態(tài)表現(xiàn)為電感特性。通過對介電常數(shù)的計算得到實驗值明顯大于介質(zhì)本身的值。說明器件高阻態(tài)時薄膜中存在沒有與氧離子復合的氧空位,減小了薄膜的有效厚度。器件高阻態(tài)下阻抗譜Nyquist圖說明RRAM器件在高阻態(tài)可以等效為電阻和電容的并聯(lián)。利用電流驅(qū)動的方式使器件實現(xiàn)電阻轉換,并使器件高低阻態(tài)的電阻具有更好的一致性,存儲窗口提高將近一個數(shù)量級。對SET過程限制電流和RESET過程截止電壓對阻變參數(shù)的影響...

【文章頁數(shù)】：149 頁

【學位級別】：博士

【文章目錄】：
摘要
ABSTRACT
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縮略語對照表
第一章 緒論
    1.1 非易失性存儲器研究進展
        1.1.1 閃存(Flash)
        1.1.2 鐵電存儲器(FeRAM)
        1.1.3 磁阻存儲器(MRAM)
        1.1.4 相變存儲器(PCRAM)
        1.1.5 阻變存儲器(RRAM)
    1.2 本文主要工作和安排
第二章 阻變存儲器RRAM概述
    2.1 RRAM器件研究進展
    2.2 RRAM器件的材料體系
        2.2.1 鈣鈦礦氧化物
        2.2.2 有機材料
        2.2.3 固體電解質(zhì)材料
        2.2.4 氮化物
        2.2.5 新型納米材料-石墨烯
        2.2.6 二元金屬氧化物
    2.3 RRAM器件存儲機理
        2.3.1 界面勢壘調(diào)制機制
        2.3.2 細絲形成/斷裂機制
    2.4 RRAM器件導電機制
    2.5 本章小結
第三章 基于氧化鋯薄膜RRAM器件阻變特性研究
    3.1 Ti/ZrO₂/Pt RRAM器件阻變特性
        3.1.1 器件結構及基本阻變I-V特性
        3.1.2 疲勞特性和保持特性
        3.1.3 電阻轉變及導電機制分析
        3.1.4 器件電容特性
        3.1.5 電流驅(qū)動電阻轉變
    3.2 電學參數(shù)對器件阻變特性的影響
        3.2.1 SET限制電流對阻變特性的影響
        3.2.2 RESET掃描截止電壓對阻變特性的影響
    3.3 不同上電極器件的阻變特性
        3.3.1 Pt/Zr O₂/Pt RRAM器件阻變特性
        3.3.2 Ni/ZrO₂/Pt與Cu/ZrO₂/Pt RRAM器件阻變特性
    3.4 本章小結
第四章 RRAM器件溫度與電應力特性研究
    4.1 Ti/ZrO₂/Pt RRAM器件溫度特性研究
        4.1.1 溫度對器件初始態(tài)電阻的影響
        4.1.2 溫度對Forming過程的影響
        4.1.3 溫度對器件高/低阻態(tài)電阻的影響
        4.1.4 溫度對器件轉換參數(shù)的影響
    4.2 高溫Forming對器件性能的改善
        4.2.1 器件RESET電流不穩(wěn)定現(xiàn)象
        4.2.2 高溫Forming改善器件性能
    4.3 電應力對器件性能的影響
        4.3.1 掃描電壓應力
        4.3.2 恒定電壓應力
    4.4 本章小結
第五章 基于氧空位導電的RRAM器件建模與仿真
    5.1 基于氧空位導電的RRAM器件電-熱耦合模型
        5.1.1 早先的RRAM器件模型
        5.1.2 器件的電-熱耦合物理模型
        5.1.3 器件 2-D軸對稱有限元電-熱耦合模型
    5.2 器件RESET過程仿真
        5.2.1 器件RESET過程I-V特性仿真
        5.2.2 RESET過程不同偏置下器件特性仿真
    5.3 器件SET過程仿真
        5.3.1 器件SET過程I-V特性仿真
        5.3.2 SET過程不同偏置下器件特性仿真
        5.3.3 對電-熱耦合模型的驗證
    5.4 影響器件阻變特性的關鍵因素
        5.4.1 溫度的影響
        5.4.2 導電細絲尺寸的影響
        5.4.3 電極熱導率的影響
        5.4.4 電極電導率的影響
    5.5 本章小結
第六章 基于氮化硅薄膜RRAM器件
    6.1 Si₃N₄-RRAM器件的制備工藝
        6.1.1 Si₃N₄薄膜生長技術
        6.1.2 Ti/Si₃N₄/Au RRAM器件的制備
    6.2 Ti/Si₃N₄/Au RRAM器件的阻變特性
        6.2.1 器件的電學特性
        6.2.2 器件導電機制分析
    6.3 Ti/Al₂O₃-Si₃N₄/Au RRAM器件的阻變特性
        6.3.1 器件的制備工藝
        6.3.2 器件電學特性與導電機制分析
    6.4 本章小結
第七章 結束語
    7.1 本文的主要結論
    7.2 未來的工作展望
參考文獻
致謝
作者簡介



本文編號：3963499