本文關鍵詞：基于SiO_x薄膜的阻變存儲器阻變特性研究

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【摘要】：隨著科技的迅猛發(fā)展,越來越多的智能電子設備的產生使得人們對信息存儲的要求越來越高,現(xiàn)有存儲技術的缺陷日益凸顯。對于傳統(tǒng)的隨機存儲器,易失性成為其致命弱點,以Flash閃存為代表的非易失性存儲技術,也因其可縮小程度已經到達物理極限阻礙了其進一步的發(fā)展應用。另一方面,不斷減小工藝尺寸已經不能滿足高密度低成本的存儲要求,因此存儲技術迫切需要創(chuàng)新�；谶@些棘手的問題,一些新型非易失存儲器相繼出現(xiàn),在這些新型非易失存儲器中,阻變式存儲器(RRAM) RRAM被認為是下一代存儲器的強有力候選者,極有可能替代Flash及DRAM等傳統(tǒng)存儲器。因此探究其阻變機理對于進一步縮小器件尺寸及提高改善器件可靠性及產業(yè)化應用是至關重要的。本文主要研究了基于非化學計量比的SiOx(Si富余)薄膜的阻變特性。首先對TiN/SiOx/Pt結構阻變器件的直流Ⅰ-V特性進行了測量,然后通過改變測量條件分析了器件基本電特性,總結了其主要阻變機制,將微觀物理機制總結為氧空位主導的導電細絲機制(即器件阻變行為是由阻變層材料SiOx發(fā)生氧化還原反應引起的)。此外,也通過擬合對器件開態(tài)和關態(tài)的導電機制進行了分析,通過擬合發(fā)現(xiàn)器件開態(tài)導電機制為歐姆導電,關態(tài)為肖特基發(fā)射。最后,對器件的可靠性進行了分析,包括穩(wěn)定性、耐擦除特性、保持特性等,TiN/SiOx/Pt結構的阻變器件顯示出良好的穩(wěn)定性和疲勞特性。之后也對影響器件特性的主要因素進行了分析,包括器件單元面積、限制電流、掃描停止電壓Vstop等因素對器件阻變特性的影響,實驗結果顯示TiN/SiOx/Pt結構阻變器件有良好可縮小性,并且可通過改變限制電流實現(xiàn)多值存儲。雖然我們可以根據(jù)實驗數(shù)據(jù)定性地分析微觀物理機制,但是有關細絲生長和斷裂的微觀過程、細絲形貌、Reset過程細絲斷裂位置、及加速氧空位遷移的因素等問題均需深入研究。因此本文也提出了一種研究雙極轉換的氧化物RRAM器件阻變特性的模型,即一種基于溫度(焦耳熱導致的溫度升高)和場致離子遷移的雙極型RRAM模型,模擬了器件Set和Reset過程,阻變層內部細絲形貌的變化及細絲內電場、電勢、溫度、氧空位濃度的分布狀況等。通過仿真確認了電阻轉換過程細絲斷裂和復合的位置是在靠近頂電極的位置,并發(fā)現(xiàn)溫度與電場都對離子遷移有重要的作用,從而影響阻變行為。最后結合仿真結果和實驗結果證實了我們提出的阻變機制模型,即是阻變層內離子的遷移及氧化還原反應引起阻變層成分變化,調制了薄層內缺陷濃度,從而引起連續(xù)可逆的阻變行為發(fā)生。
【關鍵詞】：阻變存儲器 非易失性 RRAM SiO_x 仿真模擬
【學位授予單位】：西安電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TP333
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 符號對照表12-13
• 縮略語對照表13-17
• 第一章 緒論17-23
• 1.1 研究背景17-18
• 1.2 非易失性存儲器簡介18-20
• 1.2.1 Flash技術簡介18
• 1.2.2 新一代非易失性存儲技術簡介18-20
• 1.3 RRAM研究現(xiàn)狀20-21
• 1.3.1 RRAM研究現(xiàn)狀20-21
• 1.3.2 國內外SiOx薄膜RRAM研究現(xiàn)狀21
• 1.4 選題意義及內容安排21-23
• 第二章 RRAM綜述23-35
• 2.1 RRAM的基本結構及材料23-25
• 2.1.1 常見的阻變層材料23-24
• 2.1.2 電極材料對阻變行為的影響24-25
• 2.2 RRAM的基本工作原理及主要性能參數(shù)25-27
• 2.2.1 單極性與雙極性電阻轉變25
• 2.2.2 阻變存儲器主要性能參數(shù)25-27
• 2.3 阻變機制總結27-29
• 2.4 RRAM常見的導電機制29-32
• 2.4.1 隧穿機制(Tunneling)29-30
• 2.4.2 法蘭克福-普爾發(fā)射機制30-31
• 2.4.3 空間電荷限制電流機制31
• 2.4.4 肖特基發(fā)射(Schottky Emission)31-32
• 2.4.5 歐姆效應(Ohmic)32
• 2.5 RRAM研究遇到的挑戰(zhàn)32-33
• 2.6 本章小結33-35
• 第三章 基于SiOx的阻變存儲器阻變機理研究35-53
• 3.1 器件結構及測試方法35
• 3.2 實驗結果及分析35-41
• 3.2.1 基本Ⅰ-Ⅴ特性35-37
• 3.2.2 基于SiOx的阻變存儲器阻變機制分析37-41
• 3.3 器件可靠性分析41-46
• 3.3.1 一致性(Uniformity)41-43
• 3.3.2 耐受性(Endurance)43-45
• 3.3.3 保持特性(Retention)45-46
• 3.4 影響器件特性的因素分析46-52
• 3.4.1 面積依賴特性分析46-47
• 3.4.2 限制電流依賴特性分析47-49
• 3.4.3 Vstop依賴特性49-52
• 3.5 本章小結52-53
• 第四章 TiN/SiOx/Pt結構阻變存儲器阻變特性仿真53-61
• 4.1 仿真基本模型53-54
• 4.2 偏微分方程54-55
• 4.3 Reset/Set過程模擬55-60
• 4.3.1 Reset過程模擬55-59
• 4.3.2 Set過程模擬59-60
• 4.4 本章小結60-61
• 第五章 總結與展望61-65
• 5.1 總結61-62
• 5.2 今后工作展望62-65
• 參考文獻65-69
• 致謝69-71
• 作者簡介71
• 1. 基本情況71
• 2. 教育背景71
• 3. 在學校期間的研究成果71

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本文編號：868833