本文關(guān)鍵詞：基于1T1R結(jié)構(gòu)的阻變存儲(chǔ)器失效機(jī)理研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：電荷俘獲型存儲(chǔ)器逐漸走向物理尺寸極限,國(guó)內(nèi)外科研人員紛紛采用新型的存儲(chǔ)機(jī)制取代浮柵結(jié)構(gòu),設(shè)計(jì)出全新的非揮發(fā)存儲(chǔ)器來(lái)代替flash存儲(chǔ)技術(shù)。其中,阻變存儲(chǔ)器(ReRAM)具有MIM簡(jiǎn)單器件結(jié)構(gòu),制備工藝與傳統(tǒng)CMOS工藝技術(shù)完美兼容,交叉陣列結(jié)構(gòu)面積小,在高密度存儲(chǔ)方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。然而,要實(shí)現(xiàn)ReRAM的應(yīng)用前景,完善的存儲(chǔ)機(jī)理和良好的可靠性是必要的。近幾年,國(guó)際上各研究組集中精力研究ReRAM的機(jī)理分析,并為提高器件可靠性做努力。在可靠性研究方面,弄清楚ReRAM的數(shù)據(jù)保持失效機(jī)制,將有助于提高器件性能,延長(zhǎng)器件壽命,促進(jìn)ReRAM早日實(shí)現(xiàn)實(shí)用化。本論文針對(duì)ReRAM的可靠性問(wèn)題,創(chuàng)新性的以1T1R陣列存儲(chǔ)單元作為研究對(duì)象,分析1T1R結(jié)構(gòu)引發(fā)的可靠性問(wèn)題,并探討ReRAM數(shù)據(jù)保持特性(Data Retention)的失效機(jī)制,建立失效模型。 首先,在0.13um CMOS工藝及后道互連工藝的基礎(chǔ)上,完成了1T1R結(jié)構(gòu)的1Kb ReRAM陣列。1T1R以銅栓作為ReRAM的下電極,Cu/HfOx/Pt結(jié)構(gòu)的ReRAM器件直接在Cu電極上集成。采用liftoff工藝實(shí)現(xiàn)ReRAM單元及位線的圖形化,在1T1R陣列中位線與列譯碼器接口處用金屬相連。 其次,分析1T1R結(jié)構(gòu)引發(fā)的可靠性問(wèn)題,包括對(duì)陣列編程成功率的影響和對(duì)器件多值存儲(chǔ)的限制。通過(guò)對(duì)ReRAM的電壓降(VRRAM)進(jìn)行原位觀察,發(fā)現(xiàn)在1T1R中進(jìn)行編程操作時(shí),柵端電壓不僅要克服襯底-源端偏壓增大造成的閾值電壓的偏移,還要克服源端電壓的升高。在一定柵壓下,當(dāng)ReRAM和晶體管的電流相等時(shí),VRRAM保持不變,器件無(wú)法正常編程,因此陣列中ReRAM的編程成功率受到影響。在高柵壓下,ReRAM多級(jí)存儲(chǔ)的調(diào)控下降,ReRAM多值存儲(chǔ)將受到限制。對(duì)于給定的柵壓和高阻態(tài)電阻值,存在可允許的最大編程電壓值。 第三,不同于以往選取部分存儲(chǔ)單元作為研究對(duì)象,本文以1Kb陣列的存儲(chǔ)單元作為研究對(duì)象,采用統(tǒng)計(jì)的方法分析ReRAM的數(shù)據(jù)保持特性�；诓煌h(huán)下高低阻態(tài)的Retention特性,提出了銅離子擴(kuò)散的失效模型。模型認(rèn)為低阻態(tài)下銅離子從金屬細(xì)絲中擴(kuò)散的概率與氧化物中銅離子的濃度cn和Cu離子躍遷的激活能成反比。隨循環(huán)次數(shù)增多,Cu擴(kuò)散的概率變小,LRS Retention特性變好；細(xì)絲中Cu+的隧穿間距dn減小,填充tunnel gap所需銅離子數(shù)目減少,HRSRetention特性變差。最后,提出采用電流編程模式提高ReRAM高低阻態(tài)的Retention特性。由于電流編程下容易形成單根細(xì)絲,對(duì)于相同的有效細(xì)絲面積,單根細(xì)絲下銅從細(xì)絲中擴(kuò)散的概率�。辉陔娏骶幊棠Ｊ较�,高阻態(tài)的電阻值明顯提高,tunnel gap增加。因此,高低阻態(tài)的Retention特性都變好。
【關(guān)鍵詞】：阻變存儲(chǔ)器 1T1R 可靠性 數(shù)據(jù)保持特性 擴(kuò)散模型
【學(xué)位授予單位】：山東大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TP333
【目錄】：

• Content7-10
• 摘要10-12
• ABSTRACT12-14
• 第一章 緒論14-28
• 1.1 傳統(tǒng)非揮發(fā)存儲(chǔ)技術(shù)14-18
• 1.1.1 浮柵Flash存儲(chǔ)技術(shù)基本現(xiàn)狀和發(fā)展瓶頸14-16
• 1.1.2 傳統(tǒng)浮柵存儲(chǔ)器的改進(jìn)方案16-18
• 1.2 新型非揮發(fā)存儲(chǔ)技術(shù)18-22
• 1.2.1 相變存儲(chǔ)器(PCM)18-19
• 1.2.2 鐵電隨機(jī)存取存儲(chǔ)器19-20
• 1.2.3 磁阻存儲(chǔ)器20-21
• 1.2.4 阻變存儲(chǔ)器21-22
• 1.3 選題動(dòng)機(jī)及研究主題22-24
• 1.3.1 選題動(dòng)機(jī)22-23
• 1.3.2 研究主題23-24
• 1.4 參考文獻(xiàn)24-28
• 第二章 ReRAM概述及測(cè)試系統(tǒng)28-50
• 2.1 ReRAM的材料體系28-31
• 2.1.1 固態(tài)電解液材料28-29
• 2.1.2 二元金屬氧化物材料29-30
• 2.1.3 有機(jī)材料30-31
• 2.2 ReRAM性能指標(biāo)31-34
• 2.2.1 操作電壓31
• 2.2.2 存儲(chǔ)窗口和開(kāi)關(guān)速度31-32
• 2.2.3 耐久性與數(shù)據(jù)保持特性32-33
• 2.2.4 均一性33
• 2.2.5 多值存儲(chǔ)33-34
• 2.2.6 器件縮小特性34
• 2.3 ReRAM集成結(jié)構(gòu)34-36
• 2.3.1 有源陣列34-35
• 2.3.2 無(wú)源陣列35-36
• 2.4 ReRAM阻變機(jī)理36-40
• 2.4.1 導(dǎo)電細(xì)絲類型36-37
• 2.4.2 界面調(diào)制類型37-39
• 2.4.3 缺陷能級(jí)效應(yīng)39-40
• 2.5 陣列測(cè)試系統(tǒng)40-44
• 2.5.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)和功能40-41
• 2.5.2 硬件連接41-43
• 2.5.3 軟件控制43
• 2.5.4 測(cè)試系統(tǒng)的驗(yàn)證43-44
• 2.6 本章小結(jié)44-45
• 2.7 參考文獻(xiàn)45-50
• 第三章 1T1R結(jié)構(gòu)引發(fā)的ReRAM可靠性問(wèn)題50-63
• 3.1 實(shí)驗(yàn)樣品制備50-53
• 3.1.1 1Kb ReRAM陣列基礎(chǔ)51-52
• 3.1.2 基于1T1R結(jié)構(gòu)的ReRAM陣列集成工藝52-53
• 3.2 1T1R結(jié)構(gòu)引發(fā)的可靠性問(wèn)題53-57
• 3.2.1 1T1R結(jié)構(gòu)編程時(shí)對(duì)不同類型ReRAM的影響53-54
• 3.2.2 1T1R結(jié)構(gòu)對(duì)陣列編程成功率的影響54-55
• 3.2.3 1T1R結(jié)構(gòu)對(duì)多值存儲(chǔ)的影響55-57
• 3.3 1T1R結(jié)構(gòu)可靠性問(wèn)題分析57-59
• 3.4 可靠性問(wèn)題的解決方案59-60
• 3.5 本章小結(jié)60-61
• 3.6 參考文獻(xiàn)61-63
• 第四章 基于1T1R結(jié)構(gòu)的阻變存儲(chǔ)器失效機(jī)理研究63-83
• 4.1 實(shí)驗(yàn)過(guò)程63-66
• 4.1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象63-64
• 4.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備64-65
• 4.1.3 測(cè)試過(guò)程65-66
• 4.2 不同循環(huán)次數(shù)下的數(shù)據(jù)保持特性66-73
• 4.2.1 不同循環(huán)次數(shù)下數(shù)據(jù)保持特性測(cè)試66-69
• 4.2.2 Retention失效機(jī)理的分析69-73
• 4.3 不同編程模式下的數(shù)據(jù)保持特性73-78
• 4.3.1 1T1R結(jié)構(gòu)ReRAM的編程模式73-74
• 4.3.2 不同編程模式下數(shù)據(jù)保持特性測(cè)試74-75
• 4.3.3 失效機(jī)理的分析75-78
• 4.4 本章小結(jié)78-79
• 4.5 參考文獻(xiàn)79-83
• 第五章 總結(jié)與展望83-85
• 5.1 論文工作總結(jié)83-84
• 5.2 未來(lái)工作展望84-85
• 致謝85-86
• 論文和專利86-87
• 學(xué)位論文評(píng)閱及答辯情況表87

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 周益春;唐明華;;鐵電薄膜及鐵電存儲(chǔ)器的研究進(jìn)展[J];材料導(dǎo)報(bào);2009年09期

  本文關(guān)鍵詞：基于1T1R結(jié)構(gòu)的阻變存儲(chǔ)器失效機(jī)理研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號(hào)：404325