面向高密度阻变存储器应用的阈值选通器件研究
发布时间：2021-10-17 13:28
阻变存储器作为一种新型的非易失性存储器,在功耗、容量、速度、寿命等方面都具有非常大的优势。由于其简单的器件结构,阻变存储单元可以较容易地集成在无源交叉阵列中,以最小的单元尺寸实现最高的集成度。然而,十字交叉阵列中存在严重的串扰电流问题,会导致器件的存储信息被误读。为了克服串扰电流问题,需要串联一个具有高选择比和低关态电流的选通器件。本文主要开展了面向高密度阻变存储器应用的阈值选通器件的研究工作,设计并制备了双向阈值选通器和可用于双极性阻变存储器的单向阈值选通器件,并将合适的阻变存储器和阈值选通器件集成在一起,验证选通器件对漏电的抑制效果。主要研究工作概括如下:（1）研究了转变层厚度、器件尺寸和上电极材料对Zr02基单向阈值选通器件阈值转变特性的影响。揭示了转变层厚度缩小时活性金属电极扩散对器件性能的影响。通过优化转变层厚度和微缩器件的尺寸（300 nm）,获得了高选择比（2×108）的单向阈值选通器件。同时,我们研究了不同Ti插入层厚度下Ag/Ti/ZrO2/Pt器件的阈值转变行为。（2）设计并制备出优异性能的Zr02基双向阈值选通器件。研究了退火温度和退火时间对阈值转变特性的影响,通...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：117 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１阻变存储器的基本结构示意图??
转变电压叫做ｆｏｒｍｉｎｇ电压（Ｖｆｏｒｍｉｎｇ）。根据电阻转变行为与施加电压极性的关??系，阻变存储器可以分为单极性（ｕｎｉｐｏｌａｒ）和双极性（ｂｉｐｏｌａｒ）阻变器件，体??现不同的电流－电压（Ｉ－Ｖ）曲线，分别如图１－２?（ａ）和（ｂ）所示。其中，单极??性的电阻转变是指转变行为只依赖于所施加电压的大小而不依赖于施加电压的??极性。如图１－２?（ａ）所示，器件在较高的Ｖｓｅｔ下转变成低阻态，而在低于Ｖｓｅｔ??的电压下又转变成高阻态。而双极性的电阻转变是指转变行为依赖于所施加电??压的正、负极性，ｓｅｔ操作只能发生在某一极性，而ｒｅｓｅｔ操作则发生在相反的极??性，如图１－２?（ｂ）所示。为了防止器件发生硬击穿，在ｆｏｒｍｉｎｇ或ｓｅｔ的过程中??常伴随一定的限流，这种限流可以通过阻变存储器与晶体管、二极管连接或串??联电阻来实现。为了读取阻变存储器的存储状态，通常需要一个不影响器件状??态的较小的读取电压（通常约为０．１?Ｖ）来查探其所处的状态，称为“ｒｅａｄ”过??程。??（ａ）?Ｐｒｅｓｅｔ?（ｂ）??Ｉ?ＯＮ－ｓｔａｔｅ?ｃｃ??／?ＯＮ－ｓｔａｔｅ?ｃｃ?厂＂???ｍｍｍ?Ｊ?＊?Ｉ??１?ＯＦＦ－ｓｔａｔｅ?ｆ?｜?Ｉ?ＯＦＦ－ｓｔａｔｅ?ｆ??ａ—￣￣■?５！￣￣￣?—??ＳＥＴＶ?Ｉ?＼??００?ＯＮ－ｓｔａｔｅ?１?＼?／??／?ＲＥＳＥＴ?ｋ＼Ｊｊ??ＲＥＳＥＴ＾?；?＾??Ｖｏｌｔａｇｅ?Ｖｏｌｔａｇｅ??图１－２阻变存储器典型／－ｒ曲线（ａ）单极性（ｂ）
转变电压叫做ｆｏｒｍｉｎｇ电压（Ｖｆｏｒｍｉｎｇ）。根据电阻转变行为与施加电压极性的关??系，阻变存储器可以分为单极性（ｕｎｉｐｏｌａｒ）和双极性（ｂｉｐｏｌａｒ）阻变器件，体??现不同的电流－电压（Ｉ－Ｖ）曲线，分别如图１－２?（ａ）和（ｂ）所示。其中，单极??性的电阻转变是指转变行为只依赖于所施加电压的大小而不依赖于施加电压的??极性。如图１－２?（ａ）所示，器件在较高的Ｖｓｅｔ下转变成低阻态，而在低于Ｖｓｅｔ??的电压下又转变成高阻态。而双极性的电阻转变是指转变行为依赖于所施加电??压的正、负极性，ｓｅｔ操作只能发生在某一极性，而ｒｅｓｅｔ操作则发生在相反的极??性，如图１－２?（ｂ）所示。为了防止器件发生硬击穿，在ｆｏｒｍｉｎｇ或ｓｅｔ的过程中??常伴随一定的限流，这种限流可以通过阻变存储器与晶体管、二极管连接或串??联电阻来实现。为了读取阻变存储器的存储状态，通常需要一个不影响器件状??态的较小的读取电压（通常约为０．１?Ｖ）来查探其所处的状态，称为“ｒｅａｄ”过??程。??（ａ）?Ｐｒｅｓｅｔ?（ｂ）??Ｉ?ＯＮ－ｓｔａｔｅ?ｃｃ??／?ＯＮ－ｓｔａｔｅ?ｃｃ?厂＂???ｍｍｍ?Ｊ?＊?Ｉ??１?ＯＦＦ－ｓｔａｔｅ?ｆ?｜?Ｉ?ＯＦＦ－ｓｔａｔｅ?ｆ??ａ—￣￣■?５！￣￣￣?—??ＳＥＴＶ?Ｉ?＼??００?ＯＮ－ｓｔａｔｅ?１?＼?／??／?ＲＥＳＥＴ?ｋ＼Ｊｊ??ＲＥＳＥＴ＾?；?＾??Ｖｏｌｔａｇｅ?Ｖｏｌｔａｇｅ??图１－２阻变存储器典型／－ｒ曲线（ａ）单极性（ｂ）
本文编号：3441842
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：117 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１阻变存储器的基本结构示意图??
转变电压叫做ｆｏｒｍｉｎｇ电压（Ｖｆｏｒｍｉｎｇ）。根据电阻转变行为与施加电压极性的关??系，阻变存储器可以分为单极性（ｕｎｉｐｏｌａｒ）和双极性（ｂｉｐｏｌａｒ）阻变器件，体??现不同的电流－电压（Ｉ－Ｖ）曲线，分别如图１－２?（ａ）和（ｂ）所示。其中，单极??性的电阻转变是指转变行为只依赖于所施加电压的大小而不依赖于施加电压的??极性。如图１－２?（ａ）所示，器件在较高的Ｖｓｅｔ下转变成低阻态，而在低于Ｖｓｅｔ??的电压下又转变成高阻态。而双极性的电阻转变是指转变行为依赖于所施加电??压的正、负极性，ｓｅｔ操作只能发生在某一极性，而ｒｅｓｅｔ操作则发生在相反的极??性，如图１－２?（ｂ）所示。为了防止器件发生硬击穿，在ｆｏｒｍｉｎｇ或ｓｅｔ的过程中??常伴随一定的限流，这种限流可以通过阻变存储器与晶体管、二极管连接或串??联电阻来实现。为了读取阻变存储器的存储状态，通常需要一个不影响器件状??态的较小的读取电压（通常约为０．１?Ｖ）来查探其所处的状态，称为“ｒｅａｄ”过??程。??（ａ）?Ｐｒｅｓｅｔ?（ｂ）??Ｉ?ＯＮ－ｓｔａｔｅ?ｃｃ??／?ＯＮ－ｓｔａｔｅ?ｃｃ?厂＂???ｍｍｍ?Ｊ?＊?Ｉ??１?ＯＦＦ－ｓｔａｔｅ?ｆ?｜?Ｉ?ＯＦＦ－ｓｔａｔｅ?ｆ??ａ—￣￣■?５！￣￣￣?—??ＳＥＴＶ?Ｉ?＼??００?ＯＮ－ｓｔａｔｅ?１?＼?／??／?ＲＥＳＥＴ?ｋ＼Ｊｊ??ＲＥＳＥＴ＾?；?＾??Ｖｏｌｔａｇｅ?Ｖｏｌｔａｇｅ??图１－２阻变存储器典型／－ｒ曲线（ａ）单极性（ｂ）
转变电压叫做ｆｏｒｍｉｎｇ电压（Ｖｆｏｒｍｉｎｇ）。根据电阻转变行为与施加电压极性的关??系，阻变存储器可以分为单极性（ｕｎｉｐｏｌａｒ）和双极性（ｂｉｐｏｌａｒ）阻变器件，体??现不同的电流－电压（Ｉ－Ｖ）曲线，分别如图１－２?（ａ）和（ｂ）所示。其中，单极??性的电阻转变是指转变行为只依赖于所施加电压的大小而不依赖于施加电压的??极性。如图１－２?（ａ）所示，器件在较高的Ｖｓｅｔ下转变成低阻态，而在低于Ｖｓｅｔ??的电压下又转变成高阻态。而双极性的电阻转变是指转变行为依赖于所施加电??压的正、负极性，ｓｅｔ操作只能发生在某一极性，而ｒｅｓｅｔ操作则发生在相反的极??性，如图１－２?（ｂ）所示。为了防止器件发生硬击穿，在ｆｏｒｍｉｎｇ或ｓｅｔ的过程中??常伴随一定的限流，这种限流可以通过阻变存储器与晶体管、二极管连接或串??联电阻来实现。为了读取阻变存储器的存储状态，通常需要一个不影响器件状??态的较小的读取电压（通常约为０．１?Ｖ）来查探其所处的状态，称为“ｒｅａｄ”过??程。??（ａ）?Ｐｒｅｓｅｔ?（ｂ）??Ｉ?ＯＮ－ｓｔａｔｅ?ｃｃ??／?ＯＮ－ｓｔａｔｅ?ｃｃ?厂＂???ｍｍｍ?Ｊ?＊?Ｉ??１?ＯＦＦ－ｓｔａｔｅ?ｆ?｜?Ｉ?ＯＦＦ－ｓｔａｔｅ?ｆ??ａ—￣￣■?５！￣￣￣?—??ＳＥＴＶ?Ｉ?＼??００?ＯＮ－ｓｔａｔｅ?１?＼?／??／?ＲＥＳＥＴ?ｋ＼Ｊｊ??ＲＥＳＥＴ＾?；?＾??Ｖｏｌｔａｇｅ?Ｖｏｌｔａｇｅ??图１－２阻变存储器典型／－ｒ曲线（ａ）单极性（ｂ）
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