【摘要】：近年來,隨著集成電路技術(shù)的快速發(fā)展,非易失存儲(chǔ)器的應(yīng)用場(chǎng)景和需求市場(chǎng)都飛速的擴(kuò)大,科研領(lǐng)域中新型非易失存儲(chǔ)器的研究也得到了快速的發(fā)展。其中主要因素是目前主導(dǎo)非易失存儲(chǔ)器市場(chǎng)二十多年的基于電荷存儲(chǔ)的閃存雖然有很多優(yōu)點(diǎn),但是在新的應(yīng)用場(chǎng)景和應(yīng)用需求下任然有如下的缺點(diǎn)。例如耐久性差(106個(gè)周期)、編程速度慢(10 μs)和高工作電壓(10 V)。并且在微縮性越來越重要下降也越來越快的今天基于電荷存儲(chǔ)的閃存也會(huì)很快的到達(dá)其物理微縮的極限。新型非易失存儲(chǔ)器在此因素下得到了市場(chǎng)廣泛的關(guān)注。其中電阻轉(zhuǎn)換存儲(chǔ)概念的阻變存儲(chǔ)器(RRAM)相比較于電荷存儲(chǔ)的閃存有著微縮化的潛力,同時(shí)又結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)保持特性好、讀寫速度快,又可應(yīng)用于神經(jīng)計(jì)算的多值存儲(chǔ),工藝上兼容于當(dāng)前傳統(tǒng)互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)工藝,是新型非易失存儲(chǔ)器中的熱門研究方向之一近些年來,隨著工藝節(jié)點(diǎn)的進(jìn)一步微縮,在新一代非易失存儲(chǔ)器中阻變存儲(chǔ)器得到了快速的發(fā)展。但是在把完整的產(chǎn)品推給客戶之前任然需要提升阻變存儲(chǔ)器的可靠性以適應(yīng)市場(chǎng)對(duì)其的要求。比如:器件的耐受性,保持特性和短時(shí)效問題等。本文先是在現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行部分探索性實(shí)驗(yàn)再在基于28 nm先進(jìn)的工藝節(jié)點(diǎn)上探索可以與標(biāo)準(zhǔn)CMOS平臺(tái)兼容的非揮發(fā)存儲(chǔ)器,是新型非揮發(fā)存儲(chǔ)器在產(chǎn)業(yè)化之路上的突破。創(chuàng)新的有以下兩點(diǎn):(1)利用實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)平臺(tái)對(duì)1Mb存儲(chǔ)器氧化工藝進(jìn)行先期摸索,使用含N20等離子氧氣氧化Ta制備TaON為阻變層的RRAM,使其forming電壓降至2V以內(nèi)。并提出與CMOS工藝兼容的氧化方式,先對(duì)W栓進(jìn)行氧化,制備WOx/W的下電極。改善器件在循環(huán)之間以及器件之間的波動(dòng)性以及讀取過程的波動(dòng)性。提高器件參數(shù)的均一性。(2)利用1Mb阻變存儲(chǔ)器陣列對(duì)RRAM陣列可靠性進(jìn)行了研究工作,提出高溫預(yù)處理方案,該方案降低器件的forming電壓值變小,且阻值分布更加均一,在高溫預(yù)處理下,結(jié)合模特卡洛仿真分析出高溫預(yù)處理改善拖尾效應(yīng)。使得存儲(chǔ)陣列高溫預(yù)處理后的低阻值拖尾效應(yīng)明顯改善。并分析高溫預(yù)處理后的常溫reset后的高阻和常溫forming常溫reset的高阻之間的影響,使用高溫預(yù)處理后常溫reset的高阻的拖尾現(xiàn)象明顯減少。因此高溫預(yù)處理使存儲(chǔ)陣列的保持特性有明顯提升。
【學(xué)位授予單位】：安徽大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TP333
【圖文】：

出很多有待改變的問題，同時(shí)如云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新的技術(shù)的到來，使新的計(jì)算逡逑與存儲(chǔ)方式對(duì)存儲(chǔ)介質(zhì)提出了更高的要求。隨著當(dāng)今計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的發(fā)展，內(nèi)存體逡逑系為了滿足存儲(chǔ)的需求發(fā)展成了相對(duì)更加獨(dú)立的相關(guān)關(guān)系。如圖１－１所示：緩存逡逑的代表靜態(tài)隨機(jī)存儲(chǔ)器（ＳＲＡＭ）、動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（ＤＲＡＭ）與主流存儲(chǔ)器的逡逑代表閃存（Ｆｌａｓｈ）及固態(tài)驅(qū)動(dòng)器之間形成一個(gè)金字塔結(jié)構(gòu)。在該結(jié)構(gòu)中越往下逡逑其完成一個(gè)指令所需的時(shí)鐘的周期越大，但越往上存儲(chǔ)的容量反而越小。逡逑Ｔｏｄａｙ＇ｓ邋Ｍｅｍｏｒｙ邋Ｈｉｅｒａｒｃｈｙ逡逑Ｌａｔｅｎｃｙ邐ＣＰＵ邐Ｃａｐａｃｉｔｙ逡逑Ｉ邐Ｃａｃｈｅ逡逑＜ｎＳ邋ＳＲＡＭ邋Ｌ１Ｌ２）Ｌ３邐｜逡逑￣１0ｎｓ邋ＤＲＡＭ邐Ｍｅｍｏ％邋ｖｏｌａｔｉｌｅ邋－邋ＧＢ逡逑－１０ｐｓ邋ＦＬＡＳＨ邐Ｓｏｌｉｄ－Ｓｔａｔｅ邋Ｄｒｉｖｅ邐￣邋１００ＧＢ｜逡逑Ｎｏｎ－ｖｏｌａｔｉｌｅ逡逑１邋￣ｍｓ邐Ｈａｒｄ邋Ｄｉｓｋ邐＞邋１ＴＢ逡逑圖１－］主流存儲(chǔ)器之間形成的金字塔結(jié)構(gòu)：ＳＲＡＭ、ＤＲＡＭ、閃存分別用作緩存，主存逡逑儲(chǔ)器和固態(tài)存儲(chǔ)器逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋１－１邋Ｐｙｒａｍｉｄ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｆｏｒｍｅｄ邋ｂｅｔｗｅｅｎ邋ｍａｉｎｓｔｒｅａｍ邋ｍｅｍｏｒｉｅｓ：邋ＳＲＡＭ，邋ＤＲＡＭ，邋ａｎｄ逡逑ｆｌａｓｈ邋ｍｅｍｏｒｙ邋ａｒｅ邋ｕｓｅｄ邋ａｓ邋ｃａｃｈｅ，邋ｍａｉｎ邋ｍｅｍｏｒｙ，邋ａｎｄ邋ｓｏｌｉｄ邋ｓｔａｔｅ邋ｍｅｍｏｒｙ，邋ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．逡逑由計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)及其運(yùn)算發(fā)展需要可知，處理器發(fā)展到多核處理的主要逡逑因素是為了在相同的時(shí)鐘內(nèi)能夠提供速度與處理能力都更好的的數(shù)據(jù)處理能力

較大的電壓使阻變層中產(chǎn)生較多的缺陷，該過程被稱之為Ｆｏｒｍｉｎｇ。在大的偏壓逡逑下的電場(chǎng)中（＞１０ＭＶ／ｃｍ），阻變層中的氧原子會(huì)離開晶格，在電場(chǎng)的誘導(dǎo)下向逡逑電極移動(dòng)。如下圖１－３，在高電場(chǎng)下操作后，使薄膜內(nèi)產(chǎn)生足夠多的缺陷，因此逡逑第一次操作（Ｆｏｒｍｍｇ）過程一般需要一個(gè)大于ｓｅｔ過程的電壓，在該電壓的作用逡逑下阻變層的金屬氧化物的化學(xué)鍵斷裂，氧離子（０Ａ（２－））脫離原來位置形成氧空逡逑位缺陷。隨著氧空位缺陷的逐漸增多，最后在陰極和陽極之間會(huì)形成由氧空位組逡逑成的一個(gè)導(dǎo)電通道，此時(shí)器件的阻值會(huì)變成低阻；對(duì)低阻值的器件施加一個(gè)反向逡逑操作電壓時(shí)，電極附件的氧空位會(huì)與氧離子復(fù)合，導(dǎo)電通路斷裂，器件由低阻態(tài)逡逑轉(zhuǎn)變?yōu)楦咦钁B(tài)，因此此時(shí)的高阻態(tài)值會(huì)比初始值小。圖（ｃ）和（ｄ）為氧空位機(jī)逡逑制的阻變存儲(chǔ)器阻變過程示意圖。逡逑低阻態(tài)邐Sh阻態(tài)逡逑ｍｎ邋ｓｉ逡逑扢化物材料邐產(chǎn)生0邐％逡逑０遷移邋oQ邐潘逡逑Ｆ邋杝酵１逡逑

福睿礪嘸

本文編號(hào)：2767443