本文關鍵詞：基于氧化硅材料阻變存儲器的構建及阻變機制的研究

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【摘要】：伴隨著信息技術的發(fā)展,數據量日益暴增,對數據的存儲能力的要求日益增強,主要包括更大的存儲密度,更快的擦寫讀速度,更低的功耗,更長的壽命,以及更低的價格等。除此以外,非揮發(fā)性(Non-volatile Memory)也是存儲器未來發(fā)展的必然的方向�，F(xiàn)在主流的非揮發(fā)性存儲器Flash Memory的發(fā)展受到了其自身工作機制的限制,已經無法匹配高速發(fā)展的半導體工藝技術,導致其特征尺寸無法繼續(xù)下降。因此急需開發(fā)新型的存儲器。在多種新型存儲器中,阻變存儲器(RRAM)以其高存儲密度,高速、低功耗、制造工藝簡單并與CMOS工藝兼容等優(yōu)點,在眾多候選中脫穎而出。近十年來,阻變存儲器的發(fā)展十分迅速,對多種材料的阻變現(xiàn)象的研究均日益深入,然而對阻變機理的研究仍不夠深入徹底,這大大影響了阻變器件的進一步優(yōu)化。此外,能與現(xiàn)有的CMOS工藝兼容是阻變存儲器最終走向產業(yè)化的必不可少的一環(huán),本論文在此背景下,重點對與CMOS工藝極其兼容的材料——氧化硅的阻變性能進行優(yōu)化以及研究其阻變機理。本論文實驗樣品通過電子束蒸發(fā)以及磁控濺射方式制備,通過XRD,AFM等表征手段獲得材料的結構及形貌特性,另一方面通過安捷倫B1500A進行電學測試,最后綜合分析并建立阻變模型。首先,本論文對阻變存儲器的發(fā)展進行概述并針對實驗部分的意義進行探討。實驗部分從濺射功率的角度,改變不同的條件得到相應的Cu/Si O_2/Al結構,獲得具有多值存儲特性的阻變單元。隨后從AFM等表征手段分析材料特性,從電學特性分析阻變機理,在此基礎上提出導電細絲生長的阻變模型。在Set過程中由于銅導電細絲可通過限流進行控制從而獲得Level1、2和3三種低阻態(tài)。其次,為了改善耐久性特性,后續(xù)實驗中通過在介質層中摻雜Cu金屬,獲得了Forming-free、一致性好以及耐久性強的阻變器件,以及利用W金屬作為阻擋層對Cu金屬的注入進行控制,達到控制導電細絲形成的數量或者強度,從而達到降低過多細絲或者過堅固粗壯的細絲的形成的概率,繼而降低其導致的無法Reset的幾率。最后,對氧化硅本身的阻變特性也進行了研究,構建了W/Si Ox/Pt結構的阻變器件,通過對不同操作方式產生的不同阻變特性的分析,發(fā)現(xiàn)操作方式不同導致氧釋放與聚集是造成阻變特性不同的主要原因。通過本論文相關的實驗,證實了與CMOS工藝兼容的材料氧化硅具有構建阻變存儲器的能力。這將有助于推進阻變存儲器走向產業(yè)化,同時對阻變存儲器的機制研究及其阻變模型的構建,為優(yōu)化出一致性好,耐久性好的阻變存儲器的研究提供了經驗,對RRAM器件的性能優(yōu)化以及向產業(yè)化和實際應用推進有指導和借鑒意義。
【關鍵詞】：阻變存儲器 氧化硅 銅 多值存儲
【學位授予單位】：天津理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TP333
【目錄】：

• 摘要5-6
• abstract6-9
• 第一章 緒論9-24
• 1.1 存儲器的發(fā)展與背景9-10
• 1.2 新型非揮發(fā)性存儲器10-13
• 1.2.1 鐵電存儲器（FRAM）10-11
• 1.2.2 磁阻存儲器（MRAM）11
• 1.2.3 相變存儲器（PRAM）11-12
• 1.2.4 阻變存儲器（RRAM）12-13
• 1.3 阻變存儲器的發(fā)展及研究現(xiàn)狀13-14
• 1.4 阻變存儲器的分類14
• 1.5 阻變存儲器的阻變機理14-22
• 1.5.1 細絲模型15-19
• 1.5.2 電荷俘獲模型19-20
• 1.5.3 肖特基勢壘調制模型20-22
• 1.6 研究內容及研究意義22-24
• 1.6.1 研究內容22-23
• 1.6.2 研究意義23-24
• 第二章 阻變器件的制備技術及測試表征技術24-30
• 2.1 PVD薄膜沉積設備24-26
• 2.1.1 電子束蒸發(fā)設備24-25
• 2.1.2 磁控濺射設備25-26
• 2.2 測設表征設備26-30
• 2.2.1 金相顯微鏡26-27
• 2.2.2 X射線衍射分析儀27-28
• 2.2.3 原子力顯微鏡28
• 2.2.4 電學測試儀器28-30
• 第三章 基于氧化硅固態(tài)電解質銅電極阻變器件ECM特性的研究30-48
• 3.1 基于Cu/SiO_2/Al結構RRAM多值特性及機理研究30-37
• 3.1.1 器件的制備與測試方法31-32
• 3.1.2 氧化硅薄膜微觀結構的表征32
• 3.1.3 Cu/SiO_2/Al結構電學特性測試結果32-34
• 3.1.4 Cu/SiO_2/Al結構阻變各阻態(tài)導電機制的研究34-36
• 3.1.5 Cu/SiO_2/Al結構阻變模型36-37
• 3.2 Cu摻雜對基于氧化硅RRAM的影響37-43
• 3.2.1 Cu摻雜量對氧化硅阻變器件的影響37-40
• 3.2.2 Cu摻雜對氧化硅器件一致性的影響40-42
• 3.2.3 Cu摻雜對氧化硅阻變存儲器影響的理論模型及分析42-43
• 3.3 W阻擋層對氧化硅阻變存儲器的影響43-47
• 3.4 本章小結47-48
• 第四章 基于氧化硅VCM特性的阻變機理研究及分析48-58
• 4.1 不同氧分壓下氧化硅的生長速率對比48-49
• 4.2 基于W/SiOx/Pt結構阻變器件阻變機理的研究49-57
• 4.2.1 器件制備與測試方式49-50
• 4.2.2 不同極性操作方式的電學特性測試結果50-51
• 4.2.3 不同極性操作方式下的一致性對比51-52
• 4.2.4 不同極性操作方式器件傳輸機制的對比52-53
• 4.2.5 W/SiOx/Pt結構阻變器件的阻變機制的推測及驗證53-55
• 4.2.6 W/SiOx/Pt結構阻變器件不同極性操作方式下的阻變模型55-57
• 4.3 本章小結57-58
• 第五章 總結與展望58-60
• 參考文獻60-64
• 發(fā)表論文和科研情況說明64-65
• 致謝65-66

【參考文獻】

中國期刊全文數據庫 前1條

1 吳曉薇;郭子政;;磁阻隨機存取存儲器(MRAM)的原理與研究進展[J];信息記錄材料;2009年02期

中國碩士學位論文全文數據庫 前1條

1 劉曉昱;氧基阻變存儲器阻變機理和耐久性失效研究[D];山東大學;2013年

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本文編號：928021