微纳米阻变存储阵列的制备与机理研究

发布时间：2020-10-27 22:05

　　 传统的易失性和非易失性存储器件为计算机的广泛应用发挥了极其重要的作用。随着人们对计算机性能要求的不断提高,传统的存储器件已不能满足性能的需求,这迫切需要研究新型的计算机存储器件。阻变存储器件是一种新型的存储器件,目前的实现方式通常是基于交叉线存储阵列结构。由于阻变存储器件具有结构简单、功耗低、成本少、集成度高等优点,已成为国际上重要的学术研究方向之一。 本文从阻变存储器件的相关理论和制备技术入手,主要的实践与研究成果有: 1、制备了基于对称与非对称电极的无机钛氧化物阻变存储阵列,基于铝铂电极的有机虎红分子存储单元。制备过程包括前期准备、底电极制造、中间层薄膜涂覆、顶电极制造四个步骤,本文在每个步骤中均阐述了我们制备中所使用的技术与方法,并给出了相应的制备数据与结果。 2、研究了基于对称电极无机钛氧化物阻变存储器件的机理与性能,通过对基于对称电极无机钛氧化物阻变存储阵列的测试,提出了基于类肖特基—氧空穴导电通道机理的SRS模型,得出了开态电流与中间层膜厚,线宽面积以及氧空穴浓度之间的数学关系,通过增加线宽,增加氧空穴浓度,减小膜厚将会提高器件的开态电流。 3、研究了基于铝/氧化铟锡电极的虎红分子存储单元产生双稳态现象的原因。通过对比实验,发现铝电极是基于虎红分子的存储单元产生双稳态现象的直接原因,同时阐述了基于铝/氧化铟锡电极的虎红分子存储单元双稳态现象产生的机理。 4、研究了基于非对称铝铂电极的无机钛氧化物阻变存储阵列,发现了不对称双稳态现象,这一点在对基于对称铂铂电极无机钛氧化物阻变存储阵列的测试中未被观测到,不对称双稳态现象可以区别电流的流动方向,同时利用不对称双稳态原理可以调节正反向电流的大小,从而解决交叉线结构电路的误读现象。最后本文利用SRS模型对其进行了理论建模,得到了电流与电压,势垒电阻之间的数学关系。
【学位单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2010
【中图分类】：TP333
【部分图文】：

(a) (b)图 1.1 磁阻存储器件的阻变机理(a) 高阻状态的机理示意 (b) 低阻状态的机理示意图谐振隧道二极管（Resonance Tunnel Diode， 简称 RTD）由发射区与接收区以个双隧道势垒结构组成，双隧道势垒结构中包含一个窄的量子阱，其只有一谐振能级。当电子与此谐振能级对齐时，电子就会从发射区向接收区传输（如.2 所示）。基于隧道二极管设计的 SRAM 称为 TSRAM。它通常由一个单通晶和一对低功耗 RTD 组成，DRAM 需要重复的刷新以保持单元的信息，但是AM 则不需要刷新操作，它的数据可被 RTD 电路锁存。TSRAM 的缺点主要是的单元面积以及需要另外添加偏压线等。

) (b)图 1.1 磁阻存储器件的阻变机理 高阻状态的机理示意 (b) 低阻状态的机理示Resonance Tunnel Diode， 简称 RTD）由组成，双隧道势垒结构中包含一个窄的与此谐振能级对齐时，电子就会从发射区二极管设计的 SRAM 称为 TSRAM。它D 组成，DRAM 需要重复的刷新以保持操作，它的数据可被 RTD 电路锁存。TS要另外添加偏压线等。

国防科学技术大学研究生院硕士学位论文45nm 尺度，传统 CMOS 工艺逐渐暴露出漏电流大，信号串扰严重，功耗密度大等一系列问题，这就需要寻找新型的技术来解决现行的 CMOS 工艺存在的问题。随着交叉学科知识与技术的发展，大量研究工作者正通过不同领域的知识与技术解决其本领域存在的各种问题。同样计算机技术研究人员也试图利用材料技术、纳米技术等技术解决微电子器件特征尺寸微缩产生的问题。阻变存储器就是将材料技术与纳米技术应用于计算机存储器件研究的例子之一。阻变存储器是在外加电场作用下材料的电阻可在高阻态和低阻态之间实现可逆转换的非易失性存储器。与传统 CMOS(互补金属氧化物半导体)器件相比，它具有低操作电压、低功耗、高写入速度、耐擦写、非破坏性读取、保持时间长、结构简单、与 CMOS 工艺兼容性好等优点而被广泛研究。交叉线结构阻变存储器是这一领域的研究的热点之一。交叉结构的基本原理（如图 1.3(a)所示）是把一套相互平行的纳米（或微米级）导线与另一套导线做十字交叉，并在这两套导线间填充阻变材料。
【共引文献】

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本文编号：2859123