【摘要】：隨著移動終端、云計算、大數(shù)據(jù)等信息技術的突飛猛進,市場對性能優(yōu)越的電子產品的需求日益迫切。存儲器是限制計算機技術發(fā)展最大的阻礙,所以新一代高性能存儲器的開發(fā)與研究被越來越多人關注。阻變存儲器具有存儲密度高、擦寫速度快和非易失性等優(yōu)點,擁有極大潛力取代目前市面上主流的閃存(flash)存儲器。但經(jīng)過近二十年的研究,阻變存儲器依舊沒能取代閃存,這是由于物理機制不明導致無法實現(xiàn)對阻變特性的調控。因此本文用數(shù)值模擬的方法研究ZnO阻變存儲器的物理機制,為阻變特性的調控提供有效的思路與方法。本文通過研究制備參數(shù)對Zn O薄膜形貌以及Al/ZnO/p~+-Si結構阻變存儲器阻變特性的影響,得到最優(yōu)的制備參數(shù),并對該參數(shù)下的ZnO阻變存儲器進行了表征。研究結果表明溶膠凝膠法制備的Zn O為典型的纖鋅礦結構,并且在電場作用下ZnO薄膜內產生了由氧空位構成的導電細絲(conductive filaments,CFs)。然后通過線性擬合發(fā)現(xiàn),最優(yōu)參數(shù)下的Al/ZnO/p~+-Si阻變存儲器的高、低阻態(tài)分別由蒲爾-弗朗克(Poole-Frenkel,P-F)效應電流和空間電荷限制電流(space charge limited current,SCLC)主導。接著將氧空位濃度因子分別引入兩種導電模型,得到與實驗數(shù)據(jù)吻合的電流-電壓(I-V)特性曲線。模擬結果說明Al/ZnO/p~+-Si阻變存儲器的電阻轉變由氧空位濃度決定,并且氧空位通過對電子的捕獲和發(fā)射實現(xiàn)了對導電機理的主導。最后,利用滲透理論得到了氧空位濃度與電導的關系,并考慮了導電細絲的尖端效應,用統(tǒng)一的模型(滲透模型)實現(xiàn)了對Al/ZnO/p~+-Si阻變存儲器I-V特性曲線的模擬。滲透模型不僅給出了導電細絲的生長過程、阻變功能層厚度以及導電細絲直徑對阻變特性的影響,還揭示了ZnO阻變存儲器基層運轉機制:電壓決定氧空位分布進而決定電流。
【圖文】：

蘭州大學碩士學位論文 ZnO 阻變存儲器的實驗與數(shù)值模擬研究相變存儲器（phase-changeRAM,PRAM）、阻變存儲器（resistiveRAM,RRAM）。(1)磁存儲器磁存儲器利用材料的巨磁阻效應存儲數(shù)據(jù)，存儲單元為一個磁隧道結，其核心結構為自由磁層/隧穿層/固定磁層[11]，如圖 1.1 所示。固定磁層的磁矩方向保持不變，自由磁層的磁矩方向能夠隨外加電場發(fā)生變化，隧穿層將固定磁層和自由磁層分隔開來。當自由磁層的磁矩方向與固定磁層的磁矩方向反平行時，隧穿電子受到較強的散射作用，因此器件在垂直方向上呈現(xiàn)出電阻較大的狀態(tài)[12]，記為邏輯“0”；當自由磁層的磁矩方向在電場的作用下改變，并且與固定磁層的磁矩方向平行時，隧穿電子受到的散射作用較小，所以在垂直方向上呈現(xiàn)出電阻較小的狀態(tài)，記為邏輯“1”。由于磁性不易受外界電信號的干擾，因此 MRAM 抗干擾能力強。除此之外，還具備耐受能力強[13]、速度快、功耗低[14]的特性。但是在大規(guī)模集成時面臨諸多困難，，例如集成時需要串聯(lián)晶體管，所以難以獲得高存儲密度；高密度集成時難以避免磁泄露等。

擦寫等優(yōu)點[19]，但和 MRAM 一樣，每一個鐵電存儲單元sistor）和一個鐵電材料充當?shù)碾娙萜鳎╟apacitor），即 1T高，同時鐵電材料毒性大，這一系列問題嚴重制約了鐵電存儲器儲器利用能在焦耳熱的作用下實現(xiàn)晶態(tài)與非晶態(tài)相互切存儲[20]。其單元結構如圖 1.2 所示，在兩電極間施加電壓導致相變材區(qū)域溫度改變。當施加寬且低的脈沖電流，相介于晶化溫度與熔點之間，相變材料將由非晶態(tài)轉變?yōu)榫�，記為邏輯�?”；當施加窄且高的脈沖電流，相變區(qū)域料的熔點，導致相變材料由晶態(tài)轉變?yōu)榉蔷B(tài)，即電阻較高0”。相變存儲器的寫入和擦除過程只需要調節(jié)脈沖電流簡單，易于高密度集成，同時讀取速度快、耐擦寫[22]。焦耳熱進行相變，因此耗能高，無法實現(xiàn)大規(guī)模商業(yè)化應
【學位授予單位】：蘭州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TP333

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本文編號：2699619