發(fā)布時間：2017-12-07 02:00

  本文關(guān)鍵詞：氧化物阻變存儲器的性能調(diào)控及功能化基礎(chǔ)

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【摘要】：半導(dǎo)體存儲器是電子設(shè)備最基本的元器件之一,也是現(xiàn)代信息技術(shù)的重要組成部分。然而隨著技術(shù)的快速發(fā)展,制造工藝逐漸遇到瓶頸,晶體管線寬逐漸接近量子級別,而人們對晶體管的處理能力、單位容量的要求卻不斷增加,新型的存儲器件逐漸成為研究的熱點。阻變存儲器作為一種新型的非易失性存儲器,在功耗、容量、速度、壽命等方面都具有非常大的優(yōu)勢。在諸多材料體系中,氧化物阻變存儲器被認(rèn)為是最具應(yīng)用潛力的一種。然而針對阻變存儲器的阻變機(jī)理,仍然需要進(jìn)一步的研究；阻變存儲器更多功能化的應(yīng)用仍需繼續(xù)探索。為此,本文主要圍繞ZnO材料,利用其介電性能優(yōu)異、制備方法多樣和性能調(diào)控容易的優(yōu)勢,作為阻變材料構(gòu)建阻變存儲器,來研究阻變存儲器的運行機(jī)理,并據(jù)此對其性能進(jìn)行調(diào)控；同時使用性能穩(wěn)定的Ta_2O_5材料構(gòu)建阻變存儲器,與摩擦發(fā)電機(jī)集成,實現(xiàn)對觸摸信號記憶的功能化應(yīng)用。使用水熱法在AZO導(dǎo)電玻璃上一步法合成了ZnO納米棒陣列薄膜,并使用氫氣快速退火的方法,在ZnO薄膜表層引入一層高氧空位濃度的ZnO層,作為氧空位的“蓄水池”；分別使用原子層沉積和電化學(xué)沉積的方法,在AZO薄膜上生長ZnO薄膜,并通過空氣中不同溫度退火和合成參數(shù)調(diào)節(jié)的方法對其電學(xué)性能進(jìn)行調(diào)控。構(gòu)建Au/ZnO NRs/AZO結(jié)構(gòu)的阻變存儲器,并通過氫氣退火的方法,在ZnO薄膜表層引入一層高氧空位濃度的薄層,將器件的開關(guān)比由10提升至104,SET電壓降低1V。根據(jù)電流突變的特性、與量子電導(dǎo)的比較,確定構(gòu)建器件的阻變類型為導(dǎo)電細(xì)絲控制的突變型。通過改變施加電壓的掃描速度,確定阻變的時間相關(guān)特性,并利用量子電導(dǎo)與阿侖尼烏斯活化理論加以驗證。構(gòu)建Au/ZnO Film/AZO結(jié)構(gòu)的阻變存儲器,并通過空氣退火的方法,降低氧化鋅薄膜中的載流子濃度,削弱屏蔽效應(yīng)的作用,從而使器件產(chǎn)生阻變特性。通過C-AFM測試確定阻變過程中導(dǎo)電細(xì)絲的形成與斷裂,且導(dǎo)電細(xì)絲的直徑在1O nm以下。通過退火處理和電子發(fā)射機(jī)制的討論驗證屏蔽效應(yīng)的存在,并通過空氣中不同溫度退火對屏蔽效應(yīng)進(jìn)行調(diào)控,以達(dá)到增強(qiáng)器件性能的作用,器件的開關(guān)比最大可達(dá)105。構(gòu)建Au/ZnO Film/AZO結(jié)構(gòu)的阻變存儲器。通過不斷增加ZnO薄膜中的載流子濃度,因屏蔽效應(yīng)的存在,器件的阻變特性隨ZnO薄膜中載流子濃度增加而逐漸減弱,器件也逐漸失效。在器件逐漸失效過程中,阻變存儲器的阻變類型由初始的導(dǎo)電細(xì)絲控制的突變型、先變成界面控制的緩變型、直至后來的阻變特性消失。比較器件在高阻態(tài)和低阻態(tài)阻值隨載流子的變化,發(fā)現(xiàn)器件在低阻態(tài)下的電阻變化不明顯,性能的降低主要源于高阻態(tài)的電阻不斷降低。通過COMSOL軟件模擬確定載流子濃度的增加會降低阻變層中,的電勢梯度,引起器件失效。構(gòu)建Au/Ta_2O_5/AZO結(jié)構(gòu)的阻變存儲器,并與PTFE/Al結(jié)構(gòu)的單電極摩擦發(fā)電機(jī)集成,用于對觸摸信號的記憶。根據(jù)阻變存儲器在高低阻態(tài)下的電阻值,調(diào)控摩擦發(fā)電機(jī)在同等外阻下的輸出電壓,使其略大于阻變存儲器的SET電壓,以驅(qū)動阻變存儲器進(jìn)行阻變;同時防止摩擦的反向電壓將觸摸信號擦除。通過COMSOL軟件進(jìn)行了模擬驗證。將集成單元進(jìn)行陣列式組合則可實現(xiàn)觸摸軌跡的探測與記憶。整個集成系統(tǒng)工作期間是自驅(qū)動的,記憶過程完全不需要外加電源。
【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TP333

【參考文獻(xiàn)】

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1 Meiyun Zhang;Shibing Long;Guoming Wang;Yang Li;Xiaoxin Xu;Hongtao Liu;Ruoyu Liu;Ming Wang;Congfei Li;Pengxiao Sun;Haitao Sun;Qi Liu;Hangbing L;Ming Liu;;An overview of the switching parameter variation of RRAM[J];Chinese Science Bulletin;2014年36期

2 ;An overview of resistive random access memory devices[J];Chinese Science Bulletin;2011年Z2期

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本文編號：1260717