在信息存儲技術日益發(fā)展的今天,存儲器成為當代集成電路產業(yè)中最重要、最基礎的部件之一。存儲器的高集成度、較大的存儲容量、高讀寫速度和低功耗等特性要求使它成為現如今集成電路產業(yè)發(fā)展的重要推動力。市場上各類型的存儲器形成百花齊放的局面,Flash存儲器走上技術的物理極限后,使革命型的全新非易失性存儲器在整個存儲產業(yè)中起了主導地位。有代表性的非易失性存儲器主要有鐵電存儲器、磁性存儲器、相變存儲器和阻變存儲器。非易失性存儲器主要以交叉點陣列結構來存儲數據,在高集成度的存儲陣列中,各單元之間的串擾問題和功耗問題一直未能得到有效解決。具有非線性的選通器串接在存儲單元中避免了高集成度的存儲陣列之間串擾和漏電,從而關于選通器的研究收到廣大的關注。近年來關于選通器的研究如火如荼,不同工作機理和不同結構的選通器被科研工作者進行研究。而這些選通器的實用性也備受爭議,需要在交叉點陣列中與存儲器協(xié)同實踐檢驗性能的可靠性。非線性是決定選通器器件性能的最重要的參數之一。目前市場上主要有基于相變機理和隧穿機理的選通器器件。選通器的主要結構有MIM、MSI、NPN、NIPIN和MIEC結構。本文主要研究了基于隧穿機理而產生非線性的選通器,在1SIR結構中來改善存儲性能和提升集成度。本文主要通過基于密度泛函理論的第一性原理的計算方法,研究了多晶ZnO作選通器材料的可靠性。首先,通過計算發(fā)現ZnO晶體不同表面的電學特性各不相同,造成這種現象的原因是晶體的各向異性。其次通過比較所搭建的三種不同多晶模型的電學特性和伏安特性曲線發(fā)現,多晶狀態(tài)下會引入晶界勢壘。而晶界勢壘是其產生非線性的主要原因,晶界勢壘的高低也決定了其非線性和導電性的大小。非線性的強弱決定了其對RRAM器件的整流作用,擁有較高非線性的選通器相應的能夠更有效的解決RRAM的串擾漏電等問題。為了使多晶ZnO選通器更好匹配RRAM器件的工作電流,我們在多晶ZnO中摻雜N元素,減小多晶體系的帶隙,從而提升器件的導電性。另外,考慮工藝上器件結構,我們在多晶ZnO兩端插入不同電極,使其應用在實際工作條件下,也能保持優(yōu)良的非線性和導電性。我們研究比較了C/多晶ZnO/C、Cu/多晶ZnO/Cu、Zn/多晶ZnO/Zn三種在不同電極條件下的體系電子特性。C電極的插入會引入界面態(tài)和界面勢壘,界面勢壘的存在使非線性增強但工作電流相應減小。Cu電極同樣會引入界面勢壘,通過加H鈍化后界面態(tài)消除。由于Cu金屬的電勢較高,導致遠離界面的Cu電勢高于ZnO平均電勢,從而影響載流子傳輸。Zn金屬電勢與ZnO幾乎相等,H鈍化后完全消除了界面勢壘。另外,電極的插入使費米能級上移,導致體系工作電流增大。最后得出Zn/多晶ZnO/Zn器件結構可以有效的解決RRAM的漏電和功耗問題。
【學位單位】：安徽大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TP333
【部分圖文】：

基于多晶ＺｎＯ材料的ｓｅｌｅｃｔｏｒ器件研宄??后ＲＲＡＭ器件的Ｉ－Ｖ曲線。在Ｗ／ＴｉＯｙ／Ｔｉ／ＨｆＯｙ／Ｐｔ結構中ＨｆＯｘ和Ｔｉ界面中會形??成更多的氧空位，可以產生穩(wěn)定的長絲。兩個器件均可通過施加０至＋１．５?Ｖ的正??電壓進行置位，而０至－２?Ｖ的負電壓可對器件進行復位。在ＴＥ上的正偏壓應用??下，由于帶正電荷的氧空位的凝聚，來自ＢＥ的電子注入在ＲｅＲＡＭ堆疊中形成??細絲。再次，在ＴＥ上的負偏壓下ＢＥ的空穴注入由于氧空位的隔離而導致復位［２２］。??在插入薄的ＴＫ）ｙ隧道勢壘層之后，與沒有ＴｉＯｙ層的器件相比，ＮＬ提高了約??８００％。非線性提高之后，進而可以控制低電壓區(qū)域的電流。通過降低低電壓下??的漏電流，從從解決ＲＲＡＭ器件的功耗和串擾問題。為了改善ＮＬ，在ＴｉＯｙ層??沉積期間改變厚度和氧濃度。實驗分析揭示了?１－Ｖ曲線和工藝條件之間的直接關??系。發(fā)現氧化物（ＴｉＯｙ）化學計量的變化對與ＮＬ相關的Ｉ－Ｖ曲線的斜率有影響。??研究中還分析了?ＴｉＯｙ層的厚度對非線性的影響，ＮＬ隨著厚度的增加而增加。??

晶界勢壘的高度也是影響器件非線性的重要參數之一，也決定多晶器件??的整體性能。??＿??圖１－２多晶材料形成的孿生晶界模型圖??Ｆｉｇ．?１－２?Ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｔｗｉｎ?ｇｒａｉｎ?ｂｏｕｎｄａｒｙ?ｍｏｄｅｌ?ｆｏｒｍｅｄ?ｂｙ?ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ?ｍａｔｅｒｉａｌ??雖然現在ＭＩＭ三明治結構的ｓｅｌｅｃｔｏｒ器件工藝己經非常成熟，但是ＭＩＭ結??構還遠遠滿足不了日益成長的ＲＲＡＭ性能的需求，在現今追求低功耗高性能的??科技時代，我們對ｓｅｌｅｃｔｏｒ的整流特性要求越來越高，從而出現了更復雜的結構??－ｍｕｌｔｉ－ｌａｙｅｒｅｄ?ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ，來改善ｓｅｌｅｃｔｏｒ的非線性�，F在最流行的多層隧穿行為??結構的有Ｍ／Ｓ－Ｉ－Ｓ／Ｍ、ＮＩＰＩＮ、等新型隧穿結構。新型多層隧穿結構??擁有比ＭＩＭ更優(yōu)秀的非線性和整流特性，更好的解決ＲＲＡＭ的工作漏電問題和??功耗問題。使存儲特性有了質的提高。??Ｐｔ?Ｔａ２０５?ＴａＯｘ?肩＿?Ｐｔ??■?．?？??？?＇?：?Ｖ：??圖１－３?Ｐｔ／Ｔａ０ｘ／ＴｉＯ２／ＴａＯｘ／Ｐｔ結構的選通器器件??Ｆｉｇ．?１－３?ｓｅｌｅｃｔｏｒ?ｄｅｖｉｃｅ?ｏｆ?Ｐｔ／Ｔａ０ｘ／Ｔｉ０２／Ｔａ０ｘ／Ｐｔ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ??就如?Ｊｉｙｏｎｇ?Ｗｏｏ?教授提出的?Ｐｔ／Ｔａ０ｘ／Ｔｉ０２／Ｔａ０ｘ／Ｐｔ、Ｐｔ／Ｔａ２０５／Ｔａ０ｘ／Ｔｉ０２／Ｐｔ??多層隧穿結構［２５］

ＲＲＡＭ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｗｉｔｈ?ｓｅｌｅｃｔｏｒ?ｄｅｖｉｃｅ，?（ｃ）?Ｉ－Ｖ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?ＲＲＡＭ?ｄｅｖｉｃｅ，?（ｄ）?ＩＶ?ｃｕｒｖｅ?ｏｆ?１?ＳＩＲ??ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．??如圖２－１所示，圖（ｃ）為單獨ＲＲＡＭ器件的工作伏安特性曲線，ｓｅｔ為置位??８??
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本文編號：2867615