發(fā)布時間：2017-12-06 17:30

  本文關(guān)鍵詞：基于HfO2的RRAM阻變特性研究

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【摘要】：由于以flash為代表的傳統(tǒng)存儲器遇到了技術(shù)瓶頸,人們提出了許多新型存儲器,其中阻變存儲器(RRAM)憑借著其簡單的結(jié)構(gòu)、低壓低功耗、操作速度快、可伸縮性并且它與傳統(tǒng)COMS工藝技術(shù)兼容等優(yōu)點,從而成為人們的研究焦點。然而目前對于RRAM存儲器阻變現(xiàn)象的微觀機制解釋眾說不一,在眾多對阻變現(xiàn)象的解釋理論中,導(dǎo)電細絲模型逐漸被大多數(shù)人所認同。導(dǎo)電細絲模型分為兩種情況:一種是摻雜金屬元素的遷移所形成的金屬導(dǎo)電通道;另一種是本征缺陷氧空位的產(chǎn)生與遷移形成的氧空位導(dǎo)電細絲。很多的實驗都證明了這兩種阻變機制,并且這兩種缺陷對改善RRAM器件的宏觀特性具有很大的作用。因此,我們深入的研究這兩種缺陷在阻變體系中的作用,這對于了解RRAM器件的阻變機理以及提高RRAM器件的宏觀性能具有很重要的作用和意義。為了研究RRAM中氧空位導(dǎo)電細絲的微觀過程,首先研究了氧空位的團簇以及團簇形成能,得到局部氧空位細絲最容易形成的方向與團簇形狀;然后探討了整體氧空位細絲的形狀和方向,我們得到了氧空位導(dǎo)電細絲的最佳方向和最優(yōu)形狀;緊接著計算分析了導(dǎo)電細絲的成分,說明了氧空位導(dǎo)電細絲的導(dǎo)電機理;最后我們又計算了氧空位的遷移勢壘,通過分析得到氧空位在HfO_2超胞中的遷移路徑。這些詳細的分析與計算將有助于改善器件的某些宏觀特性。比如在制備基于HfO_2材料的RRAM時,通過控制導(dǎo)電細絲的方向與形狀可以降低RRAM器件的形成電壓,改善器件的存儲穩(wěn)定性等。為了研究氧空位導(dǎo)電細絲與金屬導(dǎo)電細絲同時存在的情況下對RRAM性能的影響,我們首先討論了金屬Ni在阻變材料HfO_2中的存在形式,通過形成能的計算得出金屬Ni在HfO_2中是以間隙式存在,然后通過對5種Ni摻雜濃度模型的形成能,分波電荷態(tài)密度圖,最大等勢面值的比較,得到在HfO_2材料中形成Ni導(dǎo)電細絲的最佳濃度。緊接著我們討論了氧空位的存在對金屬Ni導(dǎo)電細絲的影響以及金屬Ni摻雜對氧空位導(dǎo)電細絲的影響。首先我們通過計算體系的分波電荷態(tài)密度圖,分析得到氧空位對金屬導(dǎo)電細絲具有改善其均勻性的作用;然后通過分析體系的分波電荷態(tài)密度圖和最大等勢面值得到金屬Ni對氧空位導(dǎo)電細絲具有聚集的作用,調(diào)節(jié)氧空位導(dǎo)電細絲的形成和斷開;這有利于改善器件的開關(guān)比,穩(wěn)定性;最后還考慮了兩種細絲相對位置的影響,得出兩種導(dǎo)電細絲相距最近時,相互作用最大,此時體系中形成一條穩(wěn)定的導(dǎo)電細絲,穩(wěn)定性最強;當(dāng)Ni與氧空位相對位置最遠時,兩者之間的影響很弱;而當(dāng)金屬Ni與氧空位的位置相鄰近時可以得到兩條導(dǎo)電細絲,但此時器件的導(dǎo)電性最差�？傊�,本文對基于HfO_2阻變材料的RRAM器件中兩種缺陷形成的兩種導(dǎo)電細絲進行了較詳細的探究。本文的研究結(jié)果對于改善基于氧化物的阻變存儲器的宏觀性能提供方法和啟迪,對于實驗研究具有一定的理論指導(dǎo)作用。
【學(xué)位授予單位】：安徽大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP333

【參考文獻】

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本文編號：1259433