基于纳米交叉结构的阻变存储阵列与寻址部件研究

发布时间：2020-08-26 00:49

【摘要】： 在过去几十年里,CMOS工艺不断取得突破,然而其特征尺寸的进一步缩小面临着越来越严峻的挑战。与此同时,从上世纪90年代起,纳米科技的发展取得了许多令人瞩目的成果,尤其是纳米电子学的迅速发展,有望从新的角度给集成电路的发展带来机遇。本文所重点关注的纳米交叉结构器件就是一类极具应用潜力的纳电子器件。本文基于现有纳米器件的机理研究与制备技术,首先实验制备了具有电阻双稳态特性的阻变存储单元,经过测试具有良好的电阻双稳态特性,是信息存储的良好载体。在传统光刻技术制备纳米交叉结构存储阵列的过程中,光刻的对准误差给器件的精度和可靠性带来了损失。本文提出了基于光刻的自对准方法,通过合理优化集成工艺,消除了由于对准误差所造成的影响。本文设计了纳米交叉结构存储阵列的外围读写电路,并通过电路分析,对电路的性能进行优化,指出了器件输出性能的理论上限。本文的另一部分工作集中在基于纳米交叉结构的寻址部件——多路复用器的设计与分析上。通过电路建模分析,本文设计的多路复用器展现出良好的输出能力和可扩展性,相比纳米交叉结构中常用的直接寻址方式,提高了带宽密度,减少了寻址部件对芯片面积的浪费。同时,本文提出了基于冗余纳米线的容错方案,并设计了蒙特卡洛模拟器对容错性能进行模拟,取得了良好的效果。
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TP333.5
【图文】：

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纳米交叉结构的器件同时满足了上述要求，先天的优势，已经在存储器件、逻辑器件等领域结构阻变存储阵列和寻址部件进行实验和理论研尺度的电学效应和新型加工工艺的纳米电子学的和新器件机理的基础上设计纳米电子器件的能力储器奠定实验和理论基础。1.2 课题的相关研究现状构是指由两层相互垂直交叉的平行纳米线阵列构示[3]。纳米交叉结构的器件集成度高，结构简单，电路，并具有容错与并行等方面先天的优势。通的功能单元，整个纳米交叉结构阵列可以表现出数据存储、可重构逻辑电路设计等领域有广泛的

原理图,双稳态器件,I-V特性,读写

2.1 电阻双稳态存储单元研究.1.1 电阻双稳态的定义与读写机制阻双稳态器件是指电阻值可以随着外加电场条件的变化在两种阻值端器件。假设器件当前处于高阻态 ROFF,呈现断路或高电阻状态。此向的电压脉冲，当电压脉冲的幅度达到某一阈值 VON时，器件会进，呈现导通或低电阻状态。在低阻态下，只有当再次施加另一个电压到某一阈值 VOFF时，器件才会又一次进入高阻态 ROFF。当 VON与的极性相同时，这种电阻双稳态被称作是单极性的（开关阈值电压位线的同一侧，如图 2.1(a)所示）；当 VON与 VOFF电压脉冲的极性分向时，这种电阻双稳态被称作是双极性的（开关阈值电压分别位于 I两侧，如图 2.1(b)所示）。此，通过施加外加电压脉冲序列，器件的阻值会在 ROFF和 RON之间实现了信息的写入和存储。当需要读取信息时，只需要在器件两端的电压，通过电流的大小判断当前阻态，即可实现信息的读出。

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图 2.2 轮烷分子结构图和电阻双稳态 I-V 特性图[19][20]的来说，有机分子的电阻双稳态特性研究开始较早，对开关机理的，材料体系复杂多样。其最大的优势在于器件具有极大的进一步缩——单分子存储面积。然而有机分子的缺点也是十分明显的：开关热稳定性不好，读写次数不高，难于兼容 CMOS 工艺制备等。.1.4 基于过渡金属氧化物的电阻双稳态器件研究比有机分子器件，基于无机材料的电阻开关器件在最近几年得到了成为了研究的热点。一些金属氧化物如 TiO2、Cu2O、NiO 等，不仅阻开关特性，而且速度快，开关比高，性能稳定，极有希望用来构储器[23]。

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