【摘要】：隨著諸如手機(jī)、MP3、MP4、筆記本電腦等便攜式個(gè)人設(shè)備的逐漸流行,以及近年來(lái)計(jì)算機(jī)技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及新型大眾化電子產(chǎn)品的高速發(fā)展,非揮發(fā)性存儲(chǔ)器在半導(dǎo)體行業(yè)中扮演越來(lái)越重要的角色。非揮發(fā)性存儲(chǔ)器最大的優(yōu)點(diǎn)在于在無(wú)電源供應(yīng)時(shí)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)仍能長(zhǎng)時(shí)間保持下來(lái)。目前市場(chǎng)上的非揮發(fā)性存儲(chǔ)器以閃存(Flash)為主流,占半導(dǎo)體存儲(chǔ)器市場(chǎng)的絕大份額。但是隨著半導(dǎo)體技術(shù)節(jié)點(diǎn)不斷向前推進(jìn),基于傳統(tǒng)浮柵結(jié)構(gòu)的Flash技術(shù)正遭遇到嚴(yán)重的技術(shù)瓶頸,其中最主要的問(wèn)題就是Flash在器件尺寸縮小化過(guò)程中存在操作電壓大、操作速度慢、耐久力不夠好、功耗高等缺點(diǎn),這在很大程度上限制了其在市場(chǎng)以及高科技領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。因此,業(yè)界對(duì)下一代非揮發(fā)性存儲(chǔ)器技術(shù)進(jìn)行了大量的研究,目前已研制出多種有望取代Flash存儲(chǔ)器的新興非揮發(fā)性存儲(chǔ)器,如鐵電存儲(chǔ)器(FRAM)、磁存儲(chǔ)器(MRAM)、相變存儲(chǔ)器(PRAM)以及阻變存儲(chǔ)器(RRAM)。阻變存儲(chǔ)器由于其具有高的讀寫(xiě)速度、低的功耗、高集成度、多值存儲(chǔ)能力、低成本等優(yōu)勢(shì),因此引起了人們極大的興趣并一度成為現(xiàn)階段研究的熱點(diǎn)。本文將研究RRAM的注意力集中在材料組分更加簡(jiǎn)單、制備過(guò)程更加容易、制造工藝與CMOS兼容的二元金屬氧化物上,主要開(kāi)展了基于ZrO2、WO3以及TiO2材料RRAM器件電阻轉(zhuǎn)變特性以及電阻轉(zhuǎn)變機(jī)理方面的研究工作。 基于ZrO2材料制備了一種ZrO2:TiOx雙層結(jié)構(gòu)器件,實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),當(dāng)在Zr02和上電極材料之間插入一薄層的TiOx緩沖層能夠改善器件的電阻轉(zhuǎn)變特性,尤其是器件由高阻態(tài)向低阻態(tài)轉(zhuǎn)變所需要的Set電壓明顯降低。其次,選擇Ag作為電極材料制備了一種簡(jiǎn)單的Au/ZrO2/Ag結(jié)構(gòu)器件,該器件具有更低的操作電壓(1V)、較高的電阻比率(104)、較快的操作速度(50ns)、接近100%的器件產(chǎn)率,并且該器件在室溫以及85℃都具有很好的保持特性。此外,我們對(duì)Cu/ZrO2:Cu/Pt器件中觀測(cè)到的不穩(wěn)定Reset現(xiàn)象的物理機(jī)制進(jìn)行分析。 研究了不同電極材料對(duì)WO3薄膜電阻轉(zhuǎn)變特性的影響,發(fā)現(xiàn)Cu作為上電極的Cu/WO3/Pt結(jié)構(gòu)器件具有更好的電阻轉(zhuǎn)變特性,通過(guò)電學(xué)測(cè)試對(duì)導(dǎo)致這種優(yōu)良電阻轉(zhuǎn)變特性的原因作了分析。其次,對(duì)Cu/WO3/Pt結(jié)構(gòu)器件的多級(jí)存儲(chǔ)特性進(jìn)行了研究,采用小步長(zhǎng)的測(cè)試方法分析了引起這種多級(jí)存儲(chǔ)的物理機(jī)制。 在基于TiO2材料的RRAM器件方面,采用退火的方法改善器件的性能。其次,制備了一種與CMOS工藝完全兼容的具有Al/TiOx/Al簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)的RRAM器件,并對(duì)這種器件的電阻轉(zhuǎn)變特性進(jìn)行了研究。
【學(xué)位授予單位】：蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類(lèi)號(hào)】：TP333

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 楊金;非揮發(fā)性阻變存儲(chǔ)器阻變機(jī)理及性能研究[D];安徽大學(xué);2014年

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本文編號(hào)：2597368