新型高密度非挥发存储器研究

发布时间：2021-03-12 07:49

　　随着便携式消费类电子产品的蓬勃发展,人们对非挥发存储器的容量和集成密度提出了越来越高的要求。为了提高存储器的集成密度,器件尺寸不断缩小,多值存储技术获得越来越广泛的应用,3D堆叠技术也逐渐成为研究热点。然而,器件尺寸的缩小终将走向物理极限,多值存储技术的可靠性及其它各项性能也都存在很多问题,而3D技术则因面临材料选择、器件结构、工艺实现难度等诸多艰巨的挑战也暂时不会迅速推广,因此,为了实现更高的数据存储密度、更小的单位比特成本,急需一种新型的与CMOS工艺高度兼容的存储器结构。阻变存储器（RRAM）及其三维集成的新型存储器由于简单的器件结构、紧凑的存储阵列、优良的存储性能和与现有CMOS工艺的高兼容度,成为最具潜力的解决方案之一。本文针对现有高密度非挥发存储技术中尚未解决的问题,开展了阻变介质的材料筛选、器件结构及存储性能、多值特性和三维集成等多方面的研究工作。为了遴选出适用于高密度阻变存储器件的存储介质薄膜材料,研究中制备了基于高k材料、碳基材料、有机高分子材料等的RRAM器件,分析其阻变存储特性、物理机制和可靠性等,并综合比较优选出以HfO2为基础的阻变材料体系。在RRAM器件辐照... 

【文章来源】：清华大学北京市 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：144 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 引言
    1.1 非挥发存储器概述
    1.2 平面型非挥发存储器
        1.2.1 平面器件的尺寸缩小困难
        1.2.2 各种新兴非挥发存储器
    1.3 多值存储技术的应用及其可靠性
        1.3.1 浮栅器件的MLC技术
        1.3.2 分离电荷俘获型器件的多位存储技术
        1.3.3 RRAM器件的多值存储
    1.4 三维集成的高密度非挥发存储技术
        1.4.1 三维快闪型存储器（ 3D NAND Flash）
        1.4.2 三维阻变存储器（3D RRAM）
        1.4.3 三维RRAM技术的难点和挑战
    1.5 选题意义与研究内容
    1.6 论文章节安排
第2章 适用于高密度RRAM的存储介质研究
    2.1 存储介质与电极材料的薄膜沉积工艺
        2.1.1 原子层沉积（ ALD）技术
        2.1.2 磁控反应溅射（ Sputtering）
        2.1.3 旋涂法（ Spin coating）
    2.2 存储介质的电学测试方法
    2.3 基本存储性能及物理机制
        2.3.1 金属氧化物材料
        2.3.2 氧化石墨烯材料
        2.3.3 有机高分子材料
    2.4 存储介质的可靠性分析与研究
        2.4.1 可擦写次数
        2.4.2 数据保持能力
        2.4.3 柔性器件的抗弯折能力
        2.4.4 抗辐照能力评估
    2.5 本章小结
第3章 多值存储性能的研究与优化
    3.1 单层介质器件的多值存储性能
        3.1.1 电流调制的多值存储模式
        3.1.2 电压调制的多值存储模式
        3.1.3 操作方法的优化研究
    3.2 双层介质器件的多值存储性能
        3.2.1 器件制备和性能对比
        3.2.2 台阶状reset现象的研究
    3.3 多层介质器件的多值存储性能
    3.4 多值存储的物理机制和模型分析
        3.4.1 等效物理模型和变量定义
        3.4.2 求解过程和边界条件
        3.4.3 模型验证与分析
    3.5 本章小结
第4章 新型三维高密度存储器的阵列设计
    4.1 1S1R型的三维阻变存储器
        4.1.1 栅控PNPN选择管器件
        4.1.2 存储阵列的拓扑结构
        4.1.3 工艺制作流程
        4.1.4 存储操作方法
    4.2 垂直沟道环栅型三维快闪存储器
        4.2.1 位线复用结构
        4.2.2 双位存储及操作方法
        4.2.3 单侧编程的仿真验证
    4.3 本章小结
第5章 基于环栅器件的三维阻变存储器
    5.1 整体架构
        5.1.1 环栅存储单元
        5.1.2 阵列结构
        5.1.3 等效电路
    5.2 双层环栅器件的存储性能
        5.2.1 工艺流程与实验结果
        5.2.2 存储性能
    5.3 抑制串扰的操作方案
        5.3.1 初始化（ forming）操作与擦除（ reset）操作
        5.3.2 编程（ set）操作
        5.3.3 读取操作
    5.4 本章小结
第6章 结论
    6.1 论文的主要工作与研究成果
    6.2 论文的创新点
    6.3 未来工作展望
参考文献
致谢
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]阻变存储器及其集成技术研究进展[J]. 左青云,刘明,龙世兵,王琴,胡媛,刘琦,张森,王艳,李颖弢.  微电子学. 2009(04)



本文编号：3077958