石墨烯插层对Ag/quartz/Pt选通器特性的影响
发布时间：2021-01-02 04:04
在信息技术飞速发展的今天,阻变存储器因其密度高、容量大、速度快、功耗低的优势,成为下一代主流存储器的有力竞争者。从工艺和集成密度的角度考虑,无源交叉阵列是实现阻变存储器高密度存储的最佳方案,但是阵列中泄漏电流带来的串扰问题不容小觑。为此,研究者们提出了多种方案来解决串扰问题,其中,使用选通器（selector）与阻变存储器串联来抑制泄漏电流被认为是最经济的解决办法。表征选通器性能优劣的关键参数是非线性（NL）,本文主要采用基于第一性原理的研究手段探究了完整石墨烯（GR）插层和三种缺陷GR插层对Ag/quartz/Pt选通器特性的影响。利用第一性原理的计算方法研究了完整GR插层对Ag/quartz/Pt型选通器特性的影响（主要是非线性）。首先通过表面能和结合能的计算,我们确定了quartz（001）平板模型的厚度、各个界面的界面距离和界面构型,进而搭建了Ag（111）/quartz（001）和Ag（111）/GR/quartz（001）两种界面,仿真结果显示GR单层的插入使得界面间载流子的传输变难、界面间的电荷转移减少、quartz的介电可靠性和电导率明显改善。随后,搭建了Ag/quar...
【文章来源】：安徽大学安徽省 211工程院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
半导体存储器的分类Fig.1.1Classificationofsemiconductormemory其中易失性存储器（需要有电源供应来维持数据的存储，掉电后数据就会丢失）主
PRAM）和磁性存储器[4]（MRAM）。其中，RRAM由于其自身结构简单、成本低、功耗低、密度高、擦写速度快、与CMOS工艺有良好的兼容性等，有望成为下一代主流的非易失性存储器[5]。1.2提高RRAM存储密度面临的问题及解决办法RRAM是由上下金属电极以及中间介质层组成的“三明治”结构的新型非易失性存储器，如图1.2所示。其中，介质层又称为阻变层，阻变层材料在不同电激励下（电压或电流），实现高低两种电阻状态之间的可逆转换，以此来进行数据存储。值得注意的是，外加电场只影响材料的电子结构，材料的晶体结构不受影响。图1.2RRAM的结构示意图Fig.1.2SchematicdiagramofRRAM作为一种新型的非易失性存储器，RRAM要想提高自身的市场竞争力，在提高存储性能的同时，也需要利用高存储密度、高集成度的优势来降低成本。一般情况下，RRAM的集成方式分为：有源阵列和无源阵列。在有源阵列中，使用场效应晶体管与阻变存储元件串联构成1T1R结构，在这种结构中可以通过控制晶体管的导通状态实现对存储单元的选择。理论上，有源阵列中晶体管的尺寸决定了每个存储单元的面积大小，
愣训??娲⒚芏瘸杀短岣撸ù?储单元的有效单元面积仅为4F2/N，N为层数[7]）。因此，从工艺和集成密度的角度考虑，无源阵列是RRAM集成的首选存储方式。但是，实现高密度的RRAM集成仍然面临很多挑战。一方面，由于阵列中不同存储单元的均一性不好，各单元性能上存在差异；另一方面，由于未选单元上的漏电流导致了严重的串扰问题，使功耗增大的同时也会造成信息的误读。目前更多的是用以下三种方式解决串扰问题：（1）设计具有自整流特性的阻变存储器[8,9]，即RRAM保持自身阻变特性外还具有整流特性，可以有效减少泄漏电流。图1.3Pt/WO3/a-Si/Cu器件的：（a）原理图的SEM横断层影像;（b）连续扫描1000次的I-V曲线图Fig.1.3Pt/WO3/a-Si/Cudevice：(a)SchematicviewandSEMcross-sectionalimage;(b)I-Vgraphsfor1000consecutivescans2013年，中科院刘明课题组成功制备了一种Pt/WO3/a-Si/Cu结构的自整流RRAM器件[9]。在图1.3（a）中，可以清晰地看到各层之间的界面，其中a-Si、WO3、Pt层的厚度分别为50nm、70nm、50nm。在图1.3（b）中，该器件展现出明显的双极型电阻转变特性和整流特性（-1.5V下高阻态的阻值要比1.5V下低阻态的阻值高100倍），表明Pt/WO3/a-Si/Cu器件具有自整流特性，能克服串扰问题，实现自我选择。更重要的是，Pt/WO3/a-Si/Cu器件的整流特性具有非常优越的一致性和可重复性（在1000次的扫描下I-V特性基本一致）。（2）串联一个整流二极管，构成1D1R（onediode-oneresistor）结构。通过二极管的导通或关闭来操作特定的存储单元，由于二极管具有整流特性，在正偏压下，有明显
【参考文献】：
博士论文
[1]面向高密度阻变存储器应用的阈值选通器件研究[D]. 王超.中国科学技术大学 2018
本文编号：2952615
【文章来源】：安徽大学安徽省 211工程院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
半导体存储器的分类Fig.1.1Classificationofsemiconductormemory其中易失性存储器（需要有电源供应来维持数据的存储，掉电后数据就会丢失）主
PRAM）和磁性存储器[4]（MRAM）。其中，RRAM由于其自身结构简单、成本低、功耗低、密度高、擦写速度快、与CMOS工艺有良好的兼容性等，有望成为下一代主流的非易失性存储器[5]。1.2提高RRAM存储密度面临的问题及解决办法RRAM是由上下金属电极以及中间介质层组成的“三明治”结构的新型非易失性存储器，如图1.2所示。其中，介质层又称为阻变层，阻变层材料在不同电激励下（电压或电流），实现高低两种电阻状态之间的可逆转换，以此来进行数据存储。值得注意的是，外加电场只影响材料的电子结构，材料的晶体结构不受影响。图1.2RRAM的结构示意图Fig.1.2SchematicdiagramofRRAM作为一种新型的非易失性存储器，RRAM要想提高自身的市场竞争力，在提高存储性能的同时，也需要利用高存储密度、高集成度的优势来降低成本。一般情况下，RRAM的集成方式分为：有源阵列和无源阵列。在有源阵列中，使用场效应晶体管与阻变存储元件串联构成1T1R结构，在这种结构中可以通过控制晶体管的导通状态实现对存储单元的选择。理论上，有源阵列中晶体管的尺寸决定了每个存储单元的面积大小，
愣训??娲⒚芏瘸杀短岣撸ù?储单元的有效单元面积仅为4F2/N，N为层数[7]）。因此，从工艺和集成密度的角度考虑，无源阵列是RRAM集成的首选存储方式。但是，实现高密度的RRAM集成仍然面临很多挑战。一方面，由于阵列中不同存储单元的均一性不好，各单元性能上存在差异；另一方面，由于未选单元上的漏电流导致了严重的串扰问题，使功耗增大的同时也会造成信息的误读。目前更多的是用以下三种方式解决串扰问题：（1）设计具有自整流特性的阻变存储器[8,9]，即RRAM保持自身阻变特性外还具有整流特性，可以有效减少泄漏电流。图1.3Pt/WO3/a-Si/Cu器件的：（a）原理图的SEM横断层影像;（b）连续扫描1000次的I-V曲线图Fig.1.3Pt/WO3/a-Si/Cudevice：(a)SchematicviewandSEMcross-sectionalimage;(b)I-Vgraphsfor1000consecutivescans2013年，中科院刘明课题组成功制备了一种Pt/WO3/a-Si/Cu结构的自整流RRAM器件[9]。在图1.3（a）中，可以清晰地看到各层之间的界面，其中a-Si、WO3、Pt层的厚度分别为50nm、70nm、50nm。在图1.3（b）中，该器件展现出明显的双极型电阻转变特性和整流特性（-1.5V下高阻态的阻值要比1.5V下低阻态的阻值高100倍），表明Pt/WO3/a-Si/Cu器件具有自整流特性，能克服串扰问题，实现自我选择。更重要的是，Pt/WO3/a-Si/Cu器件的整流特性具有非常优越的一致性和可重复性（在1000次的扫描下I-V特性基本一致）。（2）串联一个整流二极管，构成1D1R（onediode-oneresistor）结构。通过二极管的导通或关闭来操作特定的存储单元，由于二极管具有整流特性，在正偏压下，有明显
【参考文献】：
博士论文
[1]面向高密度阻变存储器应用的阈值选通器件研究[D]. 王超.中国科学技术大学 2018
本文编号：2952615
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