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基于二元金属氧化物的阻变存储器研究

王艳  
【摘要】:近年来,随着手机、数码相机、个人PC、平板电脑等便携式电了产品的普及,非易失性存储器的重要性日益凸显。Flash浮栅存储器是目前非易失性存储器市场上的主流器件。但是随着技术节点的不断推进,Flash浮栅存储器面临着严峻的技术挑战。为了适应未来技术对非易失性存储器的要求,多种新型存储器,如铁电存储器(FeRAM)、磁性存储器(MRAM)、相变存储器(PcRAM)以及阻变存储器(RRAM)应运而生。其中RRAM由于具有操作速度快、功耗低、结构简单、集成密度高、可缩小性好以及与CMOS技术兼容等优点引起广泛的关注。目前,在许多材料中都发现了电阻转变现象。我们的研究工作主要关注组份简单、容易生长控制、与CMOS工艺兼容的二元金属氧化物材料体系。本论文中,采用Hf02和Si02材料作为阻变层材料,制备了一系列阻变存储器件,并且针对他们的电学特性和转变机理进行研究。同时,由于具有功耗低、集成密度高的优点,阻变存储器展现出良好的空间环境应用潜力。因此我们针对阻变存储器的抗辐照特性展开研究。具体工作如下: 一、制备了Cu/HfO2:Cu/Pt的器件。器件呈现出无极性的转变特点,并且表现出优良的电阻转变性能:在面积为3μm×3μm的器件中可以获得107的存储窗口,在直流操作下循环超过100次,数据可在常温下保持超过105秒。研究了器件的存储机理,通过变温测试证明Cu/HfO2:Cu/Pt器件的阻变现象是由于Cu金属细丝的形成和断裂导致的。通过在Set过程中施加不同的限制电流的方法,可以在Cu/HfO2:Cu/Pt器件中实现多值存储。 二、制备了Cu/HfO2/Pt器件。Cu/HfO2/Pt器件表现出双极性的转变特点。与Cu/HfO2:Cu/Pt相比良率有所下降。 三、制备了Cu/SiO2:Cu/Pt的器件。器件表现出优良的转变特性。在直流电压模式下,器件可以循环超过250次,高低阻态可以在室温下保持超过104秒。 三、对所制备的Cu/SiO2:Cu/Pt和Cu/HfO2:Cu/Pt器件进行了总剂量辐照测试。测试结果显示在经过总剂量高达3.6×105rad(Si)的辐照下,器件的电学参数在辐照后性能稳定,表现出很好的抗辐照特性。为了研究辐照对器件产生影响的机制,我们测量了Hf02和Si02材料在辐照前后的C-V图线,结果表明辐照引起的俘获电荷是造成电学参数改变的主要原因。


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