阻变存储单元的防串扰特性及γ射线总剂量效应研究

发布时间：2018-01-31 02:28

本文关键词： 阻变随机存储器防串扰导电丝总剂量效应均一性　出处：《湘潭大学》2017年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：因具有结构简单、高集成密度、高开关比以及非挥发性存储等诸多特性,二元金属氧化物阻变随机存储器成为了一种极具应用潜力的新型半导体存储器。然而要实现阻变存储器的应用,面临的一个重要问题就是如何抑制内部和外部环境产生的干扰。内部干扰主要是阻变单元在进行高密度集成后,临近单元之间会形成潜行电流,对正常工作的单元产生串扰。外部干扰的来源较多,其中辐射源的影响尤为显著。阻变存储器在经过高剂量的辐照之后,单元参数的均一性会受到影响,甚至出现较大的波动。本文中采用二元金属氧化物来制备阻变存储单元,研究其防串扰特性和γ射线总剂量效应,并构建相关模型对转变机制进行深入剖析。本文主要研究内容和结果如下:(1)设计了Pt/Cu2O/FTO单元。利用外加电场来控制Cu2O薄膜内部导电丝的变化,以实现互补型电阻转变并抑制其串扰现象。首先制备了Pt/Cu2O/FTO单元,然后在外加电场作用下,控制Cu2O薄膜内部导电丝的生成与区域性断裂来实现互补型电阻转变。该单元在低压区的电阻较大,用于存储的两个状态均为高阻态,因此串扰现象受到明显的抑制。相比于传统的互补型单元,Pt/Cu2O/FTO单元在结构上进行了有效的精简,并且提高了可重复性。单元的各个存储态具有稳定的数据保持能力,高、低阻值之比可达103。(2)控制WOx中低值氧化物的含量来调控Pt/WOx/FTO单元的电学性能。利用不同的限制电流控制WOx薄膜中导电丝的生长,在Pt/WOx/Pt单元中实现多个电阻态和非线性转变,达到多级存储和抑制串扰的目的。制备了Pt/WOx/FTO单元并发现其具有阈值转变特性。在制备过程中加入强还原性的水合肼,发现薄膜中低值氧化物的含量有所增加,单元具有显著的非线性转变特性,非线性比达到4个数量级以上。改变WOx的制备条件,并在Pt衬底上生长薄膜,制备Pt/WOx/Pt单元。通过控制限制电流的大小,单元中可以稳定的存在5个不同的低阻态。Pt/WOx/Pt单元同时具备存储和抑制潜行电流的能力。通过价态分析发现,WOx内部存在低价钨,且包含缺陷态的氧。因此,WOx内部会存在一定量的缺陷,而基于缺陷的转变机制主导了单元的阻变行为。(3)设计了Pt/Cu2O/WOx/FTO单元。利用Cu2O/WOx p-n结的限流效应、软击穿效应以及Cu2O薄膜内部导电丝的生成与断裂过程来抑制串扰现象。在Cu2O和下电极FTO之间植入了WOx层并制备了Pt/Cu2O/WOx/FTO单元。当Cu2O薄膜内部形成导电丝时,Cu2O/WOx p-n结在负向低压区的电流受限,该单元依然处于高阻态,此状态定义为“0”。逐渐增大负向电压,Cu2O/WOx p-n结会发生软击穿,使单元转变为低阻态,此状态定义为“on”。继续增大负向电压,Cu2O薄膜内部的导电丝发生断裂。但是Cu2O/WOx p-n结依然处于软击穿状态,单元重回高阻态,此状态定义为“1”。其中,状态“0”和“1”用于存储。由于两个状态均为高阻态,所以此单元可以有效抑制串扰现象。该单元无需外接开关装置,易于进行3D集成;同时大大降低了读取电压值;高、低阻值之比可达2400,单元拥有较高的理论集成密度(108 bit)。(4)利用WOx薄膜内部的氧空位来实现电阻转变,减小辐照后氧缺陷浓度变化带来的影响。对Pt/WOx/Pt单元辐照前后的参数进行了全面分析。制备Pt/WOx/Pt阻变单元并进行60Coγ射线总剂量效应研究。在经受了总剂量500 krad(Si)的辐照后,Pt/WOx/Pt单元依然具有明显的电阻转变特性,尤其是单元的参数具有较好的均一性。这大大改善了辐照后单元参数均一性差的问题。对辐照前后的样品进行对比测试发现,样品在辐照后可以基本保持原来的存储状态,同时高低阻值之比基本维持不变。
[Abstract]:In this paper , Pt / Cu2O / FTO cells are fabricated by using binary metal oxides . A Pt / Cu 2O / WOx / FTO unit has been designed and fabricated by using the current limiting effect of Cu2O / WOx p - n junction , the soft breakdown effect and the formation and breaking process of the inner conductive wire in Cu2O film .

【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TB383.2;TP333

【参考文献】