新型二元氧化物阻变薄膜与器件研究
发布时间：2021-02-08 14:07
随着半导体工业即将进入22nm时代,半导体存储行业面临着技术与基础材料等方面的机遇与挑战。基于传统硅材料的非易失性Flash存储器已不能满足未来技术节点的要求,耐久性差、写入速度低、写入操作中的电压高等问题日益突出。更重要的是,持续的器件等比例缩小使得存储氧化层厚度面临着物理极限,导致电荷泄露变得越来越严重,从而直接影响到存储器的数据保持能力。近年来,阻变存储器（RRAM）作为最有前途的下一代非易失存储技术获得了广泛的关注。与Flash存储技术相比,RRAM具有高密度、低功率和读写速度快等优点。目前,在许多材料中都发现了电阻转变现象。二元系金属氧化物,如过渡金属氧化物和稀土氧化物,由于成分简单、生长过程容易控制、与目前的CMOS工艺兼容等特点,具有显著的应用前景。影响材料的电阻转变特性的因素很多（包括制备工艺、掺杂物质、电极材料等）,有多种模型相继提出用于解释电阻转变现象,但是对于其物理本质还没有形成共识。本论文通过制备基于Dy2O3、La2O3、Gd2O3和Hf02等二元氧化物的RRAM器件,研究了相关材料体系和器件结构的阻变行为,并且分析了相关转变机制。进一步地,本文开展了改善基于...
【文章来源】：北京有色金属研究总院北京市
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 非易失存储技术发展概况与面临的挑战
1.1.1 FLASH存储器
1.1.2 新型非易失性存储技术
1.1.3 RRAM存储器的技术优势
1.2 RRAM材料与器件的研究现状
1.2.1 RRAM概述
1.2.2 RRAM材料体系
1.2.3 RRAM阻变机制
1.2.4 RRAM研究存在的问题
1.3 论文研究的内容及意义
1.3.1 研究内容
1.3.2 研究意义
参考文献
2 制备方法与表征技术
2.1 薄膜的制备方法
2.1.1 磁控溅射沉积技术
2.1.2 脉冲激光沉积技术
2.1.3 化学气相沉积
2.2 光学曝光技术
2.3 反应离子刻蚀技术
2.4 表征方法
2.4.1 X射线衍射分析
2.4.2 X射线光电子能谱
2.4.3 拉曼光谱
2.4.4 高分辨透射电子显微镜
2.4.5 紫外-可见分光光度法
2.4.6 电流-电压特性
参考文献
2O3薄膜RRAM的电阻转变特性研究">3 基于Dy2O3薄膜RRAM的电阻转变特性研究
3.1 引言
2O3/Pt结构单元的电阻转变特性"> 3.2 Pt/Dy2O3/Pt结构单元的电阻转变特性
2O3/Pt器件的制备与表征"> 3.2.1 Pt/Dy2O3/Pt器件的制备与表征
2O3/t结构器件的电阻转变特性"> 3.2.2 Pt/Dy2O3/t结构器件的电阻转变特性
2O3薄膜电阻转变特性的影响"> 3.3 Ti纳米金属插层对Dy2O3薄膜电阻转变特性的影响
2O3/Pt器件的制备与表征"> 3.3.1 Pt/Ti-EL/Dy2O3/Pt器件的制备与表征
2O3/Pt器件的电阻转变特性"> 3.3.2 Pt/Ti-EL/Dy2O3/Pt器件的电阻转变特性
3.3.3 机制分析
2O3薄膜电阻转变特性的影响"> 3.4 Pt纳米晶插层对Dy2O3薄膜电阻转变特性的影响
2O3/Pt器件的制备与表征"> 3.4.1 Cu/Nc-Pt/Dy2O3/Pt器件的制备与表征
2O3/Pt器件的电阻转变特性"> 3.4.2 Cu/Nc-Pt/Dy2O3/Pt器件的电阻转变特性
2O3/Pt器件的电阻转变机制"> 3.4.3 Cu/Nc-Pt/Dy2O3/Pt器件的电阻转变机制
2O3薄膜电阻转变特性的影响"> 3.5 电极材料对Dy2O3薄膜电阻转变特性的影响
2O3Pt器件的制备与表征"> 3.5.1 M（M=Ni、Al）/Dy2O3Pt器件的制备与表征
2O3Pt器件的电阻转变特性"> 3.5.2 M（M=Ni、Al）/Dy2O3Pt器件的电阻转变特性
2O3Pt器件的电阻转变机制分析"> 3.5.3 Ni/Dy2O3Pt器件的电阻转变机制分析
3.6 本章小结
参考文献
2O3/Pt器件的电学表征与失效机制分析">4 Ag/Dy2O3/Pt器件的电学表征与失效机制分析
4.1 引言
4.2 样品制备
4.3 电学特性
4.4 氧空位运动的微观表征
4.5 单极性免电激活器件的失效机制分析
4.6 本章小结
参考文献
x/DyOx层薄膜的RRAM的电阻转变特性研究">5 TiOx/DyOx层薄膜的RRAM的电阻转变特性研究
5.1 引言
5.2 样品制备与表征
xDyOx/Pt器件的电阻转变特性"> 5.3 Pt/TiOxDyOx/Pt器件的电阻转变特性
5.4 导电细丝的形貌与成分分析
5.4.1 LRS样品的TEM分析
5.4.2 HRS样品的TEM分析
5.5 本章小结
参考文献
2O3/Pt结构的RRAM电阻转变特性研究">6 Pt/La2O3/Pt结构的RRAM电阻转变特性研究
6.1 引言
6.2 样品制备与表征
2O3/Pt器件的电阻转变行为与机制分析"> 6.3 Pt/La2O3/Pt器件的电阻转变行为与机制分析
6.4 本章小结
参考文献
2薄膜的RRAM的电阻转变行为与机制分析">7 基于HfO2薄膜的RRAM的电阻转变行为与机制分析
7.1 引言
2/NSTO器件"> 7.2 Ta/HfO2/NSTO器件
2/NSTO器件制备与表征"> 7.2.1 Ta/HfO2/NSTO器件制备与表征
2/NSTO器件的电学特性"> 7.2.2 Ta/HfO2/NSTO器件的电学特性
2/CeO2/NSTO器件制备与表征"> 7.3 Ta/HfO2/CeO2/NSTO器件制备与表征
2/NSTO器件的电阻转变特性"> 7.3.1 Ta/HfO2/NSTO器件的电阻转变特性
2/NSTO器件的电阻转变机制"> 7.3.2 Ta/HfO2/NSTO器件的电阻转变机制
7.4 本章小结
参考文献
2O3/Pt柔性RRAM的制备及性能分析">8 Cu/Gd2O3/Pt柔性RRAM的制备及性能分析
8.1 引言
8.2 器件制备与表征
2O3/Pt器件的电阻转变特性"> 8.3 Cu/Gd2O3/Pt器件的电阻转变特性
2O3/Pt的转变电阻转变机制"> 8.4 Cu/Gd2O3/Pt的转变电阻转变机制
2O3/Pt器件的机械特性"> 8.5 Cu/Gd2O3/Pt器件的机械特性
8.6 本章小结
参考文献
9 稀土氧化物在基于石墨烯电极的低功耗透明RRAM中的应用
9.1 引言
9.2 器件制备与表征
9.2.1 Graphene的制备、转移与表征
9.2.2 透明器件的制备与表征
2O3/ITO的光学特性"> 9.3 Graphene/Dy2O3/ITO的光学特性
2O3/ITO的电学特性"> 9.4 Graphene/Dy2O3/ITO的电学特性
2O3/ITO的低功耗机制"> 9.5 Graphene/Dy2O3/ITO的低功耗机制
9.6 本章小结
参考文献
结论
攻读博士学位期间取得的学术成果
致谢
作者简介
本文编号：3024039
【文章来源】：北京有色金属研究总院北京市
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 非易失存储技术发展概况与面临的挑战
1.1.1 FLASH存储器
1.1.2 新型非易失性存储技术
1.1.3 RRAM存储器的技术优势
1.2 RRAM材料与器件的研究现状
1.2.1 RRAM概述
1.2.2 RRAM材料体系
1.2.3 RRAM阻变机制
1.2.4 RRAM研究存在的问题
1.3 论文研究的内容及意义
1.3.1 研究内容
1.3.2 研究意义
参考文献
2 制备方法与表征技术
2.1 薄膜的制备方法
2.1.1 磁控溅射沉积技术
2.1.2 脉冲激光沉积技术
2.1.3 化学气相沉积
2.2 光学曝光技术
2.3 反应离子刻蚀技术
2.4 表征方法
2.4.1 X射线衍射分析
2.4.2 X射线光电子能谱
2.4.3 拉曼光谱
2.4.4 高分辨透射电子显微镜
2.4.5 紫外-可见分光光度法
2.4.6 电流-电压特性
参考文献
2O3薄膜RRAM的电阻转变特性研究">3 基于Dy2O3薄膜RRAM的电阻转变特性研究
3.1 引言
2O3/Pt结构单元的电阻转变特性"> 3.2 Pt/Dy2O3/Pt结构单元的电阻转变特性
2O3/Pt器件的制备与表征"> 3.2.1 Pt/Dy2O3/Pt器件的制备与表征
2O3/t结构器件的电阻转变特性"> 3.2.2 Pt/Dy2O3/t结构器件的电阻转变特性
2O3薄膜电阻转变特性的影响"> 3.3 Ti纳米金属插层对Dy2O3薄膜电阻转变特性的影响
2O3/Pt器件的制备与表征"> 3.3.1 Pt/Ti-EL/Dy2O3/Pt器件的制备与表征
2O3/Pt器件的电阻转变特性"> 3.3.2 Pt/Ti-EL/Dy2O3/Pt器件的电阻转变特性
3.3.3 机制分析
2O3薄膜电阻转变特性的影响"> 3.4 Pt纳米晶插层对Dy2O3薄膜电阻转变特性的影响
2O3/Pt器件的制备与表征"> 3.4.1 Cu/Nc-Pt/Dy2O3/Pt器件的制备与表征
2O3/Pt器件的电阻转变特性"> 3.4.2 Cu/Nc-Pt/Dy2O3/Pt器件的电阻转变特性
2O3/Pt器件的电阻转变机制"> 3.4.3 Cu/Nc-Pt/Dy2O3/Pt器件的电阻转变机制
2O3薄膜电阻转变特性的影响"> 3.5 电极材料对Dy2O3薄膜电阻转变特性的影响
2O3Pt器件的制备与表征"> 3.5.1 M（M=Ni、Al）/Dy2O3Pt器件的制备与表征
2O3Pt器件的电阻转变特性"> 3.5.2 M（M=Ni、Al）/Dy2O3Pt器件的电阻转变特性
2O3Pt器件的电阻转变机制分析"> 3.5.3 Ni/Dy2O3Pt器件的电阻转变机制分析
3.6 本章小结
参考文献
2O3/Pt器件的电学表征与失效机制分析">4 Ag/Dy2O3/Pt器件的电学表征与失效机制分析
4.1 引言
4.2 样品制备
4.3 电学特性
4.4 氧空位运动的微观表征
4.5 单极性免电激活器件的失效机制分析
4.6 本章小结
参考文献
x/DyOx层薄膜的RRAM的电阻转变特性研究">5 TiOx/DyOx层薄膜的RRAM的电阻转变特性研究
5.1 引言
5.2 样品制备与表征
xDyOx/Pt器件的电阻转变特性"> 5.3 Pt/TiOxDyOx/Pt器件的电阻转变特性
5.4 导电细丝的形貌与成分分析
5.4.1 LRS样品的TEM分析
5.4.2 HRS样品的TEM分析
5.5 本章小结
参考文献
2O3/Pt结构的RRAM电阻转变特性研究">6 Pt/La2O3/Pt结构的RRAM电阻转变特性研究
6.1 引言
6.2 样品制备与表征
2O3/Pt器件的电阻转变行为与机制分析"> 6.3 Pt/La2O3/Pt器件的电阻转变行为与机制分析
6.4 本章小结
参考文献
2薄膜的RRAM的电阻转变行为与机制分析">7 基于HfO2薄膜的RRAM的电阻转变行为与机制分析
7.1 引言
2/NSTO器件"> 7.2 Ta/HfO2/NSTO器件
2/NSTO器件制备与表征"> 7.2.1 Ta/HfO2/NSTO器件制备与表征
2/NSTO器件的电学特性"> 7.2.2 Ta/HfO2/NSTO器件的电学特性
2/CeO2/NSTO器件制备与表征"> 7.3 Ta/HfO2/CeO2/NSTO器件制备与表征
2/NSTO器件的电阻转变特性"> 7.3.1 Ta/HfO2/NSTO器件的电阻转变特性
2/NSTO器件的电阻转变机制"> 7.3.2 Ta/HfO2/NSTO器件的电阻转变机制
7.4 本章小结
参考文献
2O3/Pt柔性RRAM的制备及性能分析">8 Cu/Gd2O3/Pt柔性RRAM的制备及性能分析
8.1 引言
8.2 器件制备与表征
2O3/Pt器件的电阻转变特性"> 8.3 Cu/Gd2O3/Pt器件的电阻转变特性
2O3/Pt的转变电阻转变机制"> 8.4 Cu/Gd2O3/Pt的转变电阻转变机制
2O3/Pt器件的机械特性"> 8.5 Cu/Gd2O3/Pt器件的机械特性
8.6 本章小结
参考文献
9 稀土氧化物在基于石墨烯电极的低功耗透明RRAM中的应用
9.1 引言
9.2 器件制备与表征
9.2.1 Graphene的制备、转移与表征
9.2.2 透明器件的制备与表征
2O3/ITO的光学特性"> 9.3 Graphene/Dy2O3/ITO的光学特性
2O3/ITO的电学特性"> 9.4 Graphene/Dy2O3/ITO的电学特性
2O3/ITO的低功耗机制"> 9.5 Graphene/Dy2O3/ITO的低功耗机制
9.6 本章小结
参考文献
结论
攻读博士学位期间取得的学术成果
致谢
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本文编号：3024039
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