本文關(guān)鍵詞：銅、鋅氧化物基阻變存儲器制備及性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：現(xiàn)代信息技術(shù)提升的主要瓶頸是存儲器容量及存儲速度,究其原因是Si基器件尺寸已基本達到理論極限。阻變存儲器其理論尺寸遠(yuǎn)低于Flash等主流存儲器,所以在下一代存儲器中極具發(fā)展?jié)摿�。本文利用射頻磁控濺射制備了Al/CuxO/Cu型、Al/Zn O/Cu型及Al/Cu O/Zn O/Cu型三種阻變存儲器件。利用XRD、XPS、SEM、AFM等分析手段,確定了磁控濺射工藝參數(shù)對薄膜成分、結(jié)構(gòu)及表面粗糙度的影響。在不同磁控濺射參數(shù)下制備了一系列阻變存儲器件,分析阻變現(xiàn)象產(chǎn)生的機理以及成分、晶粒大小、表面粗糙度等對阻變性能的影響。本文主要內(nèi)容包括:(1)由于所有器件均使用Cu作為下電極,而且下電極薄膜的晶向和表面粗糙度等都會對阻變層的生長產(chǎn)生影響,所以先優(yōu)化下電極薄膜。可以利用XRD檢測下電極薄膜中Cu的結(jié)晶方向,并通過FWHM可以計算出晶粒大小;利用SEM測試樣品斷面,利用得到的背散射圖樣可以計算出生長速率;利用原子力顯微鏡可以得到樣品的表面粗糙度。綜上考慮確定Cu下電極薄膜的較佳工藝參數(shù)為:濺射功率100W,濺射壓強1Pa,氬氣流量40sccm,濺射時間20min。(2)利用射頻磁控濺射制備了Al/CuxO/Cu型阻變存儲器件,發(fā)現(xiàn)其雙極性阻變現(xiàn)象,且高低阻態(tài)比值超過1000,滿足阻變存儲器使用要求。確定了高阻態(tài)時阻變機理可以用SCLC理論解釋,低阻態(tài)時可以用導(dǎo)電細(xì)絲理論解釋。存儲器壽命超過1000次循環(huán)。CuxO薄膜成分從Cu O向Cu2O轉(zhuǎn)變過程中,forming電壓不斷減小,SET電壓幾乎不變,成分達到Cu2O時可以近似認(rèn)為forming過程消失了。隨著晶粒變大,高低阻態(tài)電阻相應(yīng)的變大,這與導(dǎo)電細(xì)絲可能在晶界間形成有關(guān)。(3)利用射頻磁控濺射制備了Al/Zn O/Cu型阻變存儲器件,其高低阻態(tài)阻值比超過100,滿足使用要求。存儲機理與Al/CuxO/Cu型阻變存儲器存儲機理一致,但是穩(wěn)定性更高。晶粒變大,SET電壓和高低阻態(tài)阻值都會相應(yīng)的增加,而表面粗糙度對SET電壓和高低阻態(tài)阻值幾乎沒有影響。(4)利用射頻磁控濺射制備了Al/Cu O/Zn O/Cu型阻變存儲器件。對比了Al/Cu O/Zn O/Cu型阻變存儲器與Al/Zn O/Cu型阻變存儲器的存儲機理,發(fā)現(xiàn)雙層器件的阻變機理與單層器件阻變機理幾乎相同。雙層器件有更大的閾值電壓,更高的高低阻態(tài)比(超過300),更小的電阻波動,耐久力更好,然而,單層器件顯示出更低和更集中的SET電壓。不同的阻變特性說明Cu O層起到了重要作用。
【關(guān)鍵詞】：阻變存儲器 簡單氧化物 射頻磁控濺射 存儲機理
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP333
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-17
• 1.1 阻變儲器研究的目的和意義9
• 1.2 非易失性存儲器簡介9-13
• 1.3 國內(nèi)外現(xiàn)狀簡析13-16
• 1.3.1 阻變存儲器國內(nèi)研究現(xiàn)狀13
• 1.3.2 阻變存儲器國外研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3.3 國內(nèi)外文獻綜述簡析14-16
• 1.4 本論文的主要研究內(nèi)容16-17
• 第2章 阻變存儲器制備技術(shù)及表征方法17-20
• 2.1 制備方法17-18
• 2.1.1 磁控濺射原理17
• 2.1.2 實驗中用到的材料17-18
• 2.2 薄膜表征18-19
• 2.2.1 X射線衍射18
• 2.2.2 掃描電子顯微鏡18
• 2.2.3 原子力顯微掃描電鏡18
• 2.2.4 X射線光電子能譜分析18-19
• 2.3 存儲器電學(xué)測試方法19-20
• 第3章Al/Cu_xO/Cu結(jié)構(gòu)阻變存儲器研究20-51
• 3.1 RRAM基本結(jié)構(gòu)20
• 3.2 薄膜制備和表征20-44
• 3.2.1 Cu下電極薄膜的工藝參數(shù)優(yōu)化20-30
• 3.2.2 CuxO薄膜的制備30-44
• 3.2.3 Al上電極薄膜的制備44
• 3.3 Al/Cu_xO/Cu型RRAM電學(xué)特性44-50
• 3.3.1 雙極性(bipolar)阻變現(xiàn)象及機制分析44-47
• 3.3.2 阻變器件穩(wěn)定性測試47-48
• 3.3.3 Cu_xO薄膜成分對SET電壓和RESET電壓的影響48-49
• 3.3.4 Cu_xO薄膜晶粒大小對高低阻態(tài)阻值的影響49-50
• 3.4 本章小結(jié)50-51
• 第4章Al/ZnO/Cu結(jié)構(gòu)阻變存儲器研究51-66
• 4.1 器件結(jié)構(gòu)51
• 4.2 ZnO阻變層薄膜的制備及表征51-61
• 4.2.1 氬氧比對ZnO薄膜的影響51-55
• 4.2.2 功率濺射功率對ZnO薄膜的影響55-58
• 4.2.3 濺射壓強對ZnO薄膜的影響58-61
• 4.3 ZnO基阻變存儲器電學(xué)特性61-65
• 4.3.1 ZnO基阻變存儲器雙極性阻變現(xiàn)象61-63
• 4.3.2 Al/ZnO/Cu型阻變存儲器耐久度分析63
• 4.3.3 ZnO晶粒大小對SET電壓和高低阻態(tài)阻值的影響63-64
• 4.3.4 表面粗糙度對SET電壓和高低阻態(tài)阻值的影響64-65
• 4.4 本章小結(jié)65-66
• 第5章Al/CuO/ZnO/Cu結(jié)構(gòu)阻變存儲器研究66-70
• 5.1 Al/CuO/ZnO/Cu結(jié)構(gòu)RRAM制備66
• 5.2 電學(xué)特性66-69
• 5.3 本章小結(jié)69-70
• 結(jié)論70-71
• 參考文獻71-77
• 致謝77

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

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

  本文關(guān)鍵詞：銅、鋅氧化物基阻變存儲器制備及性能研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

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本文編號：415316