本文關(guān)鍵詞：金屬氧化物阻變存儲效應及其機理研究

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【摘要】：目前主流的Flash非揮發(fā)性存儲器由于自身結(jié)構(gòu)的限制,正面臨著尺寸無法繼續(xù)縮小的瓶頸。因此,探索性能優(yōu)越的下一代非揮發(fā)性存儲器成為存儲器領(lǐng)域研究重中之重。近年來,一種基于材料在電壓激發(fā)下阻值發(fā)生可逆轉(zhuǎn)變的存儲器(RRAM)備受關(guān)注,有望成為下一代非揮發(fā)性存儲器的主導者。RRAM不僅結(jié)構(gòu)簡單,而且速度快,密度高,與CMOS結(jié)構(gòu)相兼容。盡管RRAM具有如此多的優(yōu)點,但目前在工藝參數(shù)和阻變機制等方面還有待深入研究。在眾多具備阻變特性的材料中,二元金屬氧化物因其組份簡單,性能穩(wěn)定等優(yōu)點一直是研究的熱點。 二氧化鉿(Hf02)是一種具有寬帶隙和高介電常數(shù)的陶瓷材料,近年來在工業(yè)界特別是微電子領(lǐng)域引起極度的關(guān)注。因此,選用Hf02材料研究阻變存儲器技術(shù)具有很高的意義和價值。本文在前人研究成果的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)研究了HfOx薄膜材料在不同工藝參數(shù)下的阻變效應,阻變機制原理和相應的阻變模型。HfOx薄膜由射頻濺射沉積在ITO導電玻璃上,通過改變氧分壓(10.0%～50.0%),襯底溫度(300K～700K)等工藝參數(shù),研究Al/HfOx/ITO器件的電學性能變化。主要采用的方法有分析電流-電壓(Ⅰ-Ⅴ)特征曲線,比較高、低阻態(tài)電阻比值的大��；分析電容-電壓(C-V)特性曲線,比較電容值得變化情況；分析AFM圖像,比較薄膜顆粒的大小與平整度等。研究結(jié)果表明當氧分壓為20%,襯底溫度為500K時薄膜器件的電學性能最優(yōu),高、低阻態(tài)電阻比值可達到103以上。器件的Ⅰ-Ⅴ特征曲線表明HfOx薄膜的阻變機制屬于空間電荷限制電流(SCLC)效應,通過結(jié)構(gòu)不對稱的陷阱捕獲和釋放電子的過程解釋了薄膜材料的電阻值在電壓激發(fā)下發(fā)生可逆變化的現(xiàn)象。 直接射頻濺射Hf02陶瓷靶材制備的薄膜器件穩(wěn)定性較差,重復擦寫能力弱,原因可能是直接濺射氧化物容易造成薄膜內(nèi)部存在較多的缺陷和較大的晶界,導致器件的電學性質(zhì)不穩(wěn)定。后期采用氧氣氛圍中反應濺射金屬靶材來改善薄膜的穩(wěn)定性。在單晶硅片(P110)表面上蒸鍍ITO電極,氧化錫(SnOx)薄膜沉積在ITO電極之上。經(jīng)過100多次的連續(xù)循壞掃描測試,薄膜器件的阻變效應沒有明顯的退化,證實了薄膜器件的重復擦寫能力得到了提高。在大氣中退火過的薄膜器件具有更高的高、低阻態(tài)電阻比值,且薄膜的初始狀態(tài)處于低阻值態(tài),表明大氣退火可以改善薄膜器件的質(zhì)量,提高器件的電學性能。在低溫的環(huán)境中,薄膜器件的漏電流隨著溫度的降低而逐漸變小,閾值電壓(VSET)隨溫度的降低而逐漸變大；器件的Ⅰ-Ⅴ特性曲線表明氧化錫薄膜器件的阻變機制由導電細絲模型主導。在該模型中,施加外電壓于薄膜上,薄膜內(nèi)的原子發(fā)生分解,產(chǎn)生的離子和空位的移動造成薄膜內(nèi)部的導電通道的形成與斷裂。
【關(guān)鍵詞】：金屬氧化物 阻變存儲 性能機理 Ⅰ-Ⅴ特性曲線
【學位授予單位】：浙江師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：O484;TP333
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-7
• 目錄7-9
• 1. 緒論9-21
• 1.1 引言9
• 1.2 非揮發(fā)性存儲技術(shù)簡介9-14
• 1.2.1 傳統(tǒng)浮柵Flash存儲器10-11
• 1.2.2 納米晶浮柵存儲11
• 1.2.3 鐵電存儲器(FeRAM)11-12
• 1.2.4 磁阻存儲器(MRAM)12-13
• 1.2.5 相變存儲器(PRAM)13-14
• 1.3 阻變存儲器(RRAM)的研究概況14-19
• 1.3.1 RRAM的阻變特性分類15-17
• 1.3.2 RRAM的阻變機制17-19
• 1.4 研究意義及主要內(nèi)容19-21
• 2. 薄膜沉積技術(shù)與薄膜測試方法21-28
• 2.1 薄膜沉積技術(shù)21-26
• 2.1.1 磁控濺射設(shè)備介紹及原理21-23
• 2.1.2 真空鍍膜23-25
• 2.1.3 其他薄膜沉積技術(shù)25-26
• 2.2 薄膜性能表征26-27
• 2.2.1 原子力顯微鏡26
• 2.2.2 臺階儀26-27
• 2.2.3 阻抗分析儀(LCR)27
• 2.2.4 數(shù)字源測試儀27
• 2.3 本章小結(jié)27-28
• 3. HFO_x材料阻變存儲器的制備與研究28-42
• 3.1 引言28
• 3.2 實驗方案28-30
• 3.3 實驗結(jié)果與分析30-40
• 3.3.1 電學特征表征30-31
• 3.3.2 主要工藝參數(shù)對阻變特性的影響31-37
• 3.3.3 阻變機制37-38
• 3.3.4 空間電荷限制電流模型38-40
• 3.4 本章小結(jié)40-42
• 4. SNO_x材料的阻變效應與研究42-52
• 4.1 引言42-43
• 4.2 實驗方案43-44
• 4.3 實驗結(jié)果與分析44-51
• 4.3.1 薄膜的阻變重復特性44-45
• 4.3.2 退火對Ⅰ-Ⅴ特性的影響45-46
• 4.3.3 薄膜材料的阻變機制46-48
• 4.3.4 Ⅰ-Ⅴ特性曲線對測試溫度的依賴性48-51
• 4.4 本章小結(jié)51-52
• 5. 總結(jié)52-54
• 參考文獻54-60
• 攻讀學位期間取得的研究成果60-61
• 致謝61-63

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 王艷;劉琦;呂杭炳;龍世兵;王慰;李穎_";張森;連文泰;楊建紅;劉明;;摻雜技術(shù)對阻變存儲器電學性能的改進[J];科學通報;2012年05期

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，

本文編號：958366