叠层结构氧化物阻变存储器及生物电子突触功能的研究

发布时间：2022-07-11 08:59

　　随着基于电荷存储的非易失性存储器（NVM）,例如闪存（flash）,的尺寸缩减接近其物理极限,发展高性能、高密度、低成本的新型NVM成为了半导体存储器行业的研究焦点。阻变存储器（RRAM）作为一种有前景的新型NVM,由于其具有结构简单、擦写速度快、功耗低、集成密度高和尺寸可缩小性好等优点而备受科学界和工业界的广泛关注。众所周知,RRAM器件作为新型NVM的最大优势在于其具有良好的尺寸可缩小性,从而获得更高密度的存储器。但是,器件尺寸的不断缩小依赖于微加工技术的不断进步,所需要付出的成本（代价）也越来越高（大）。因此,在RRAM中实现多级单元（MLC）存储特性为提高器件的存储密度提供了另外一条有效途径。如果将RRAM器件中的导电细丝尺寸控制在原子尺度,那么就有可能观察到一类奇特的现象——量子化电导现象。稳定且可控的量子化电导在超高密度存储器方面具有十分广阔的应用前景。此外,近年来研究发现,电阻转变效应除了可以应用于NVM之外,还可以在神经形态学计算（特别是用来模拟生物突触的相关功能）或逻辑电路等方面具有潜在的应用和研究价值。因此,针对以上关于RRAM研究的核心问题或研究热点,本论文通过构... 

【文章页数】：108 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 半导体存储器概述
        1.1.1 半导体存储器的分类
        1.1.2 传统存储器面临的尺寸缩减极限
        1.1.3 新型非易失性存储器简介
    1.2 阻变存储器的研究进展
        1.2.1 阻变存储器的发展历程
        1.2.2 阻变存储器的材料体系
        1.2.3 阻变存储器的电阻转变机理
        1.2.4 电阻转变效应的其他应用
    1.3 本论文的主要研究内容
    参考文献
第二章 HfO_2/TiO_x双层结构阻变存储器的底电极材料与性能优化
    2.1 引言
    2.2 HfO_2/TiO_x材料制备及成分与价态分析
    2.3 底电极对HfO_2/TiO_x双层结构阻变存储器的性能影响
        2.3.1 器件制备、结构和生长参数
        2.3.2 底电极对器件I-V特性的影响
        2.3.3 底电极对器件主要开关参数的影响
    2.4 不同类型底电极HfO_2/TiO_x双层结构阻变存储器的电阻开关机制
        2.4.1 活性底电极HfO_2/TiO_x阻变存储器的电阻开关机制
        2.4.2 惰性底电极HfO_2/TiO_x阻变存储器的电阻开关机制
        2.4.3 亲氧底电极HfO_2/TiO_x阻变存储器的电阻开关机制
    本章小结
    参考文献
第三章 Al_2O_3/HfO_2/Al_2O_3三层结构阻变存储器多级存储与初始开关动力学研究
    3.1 引言
    3.2 Ti/Al_2O_3/HfO_2/Al_2O_3/Pt器件制备与结构表征
    3.3 Al_2O_3层在Ti/Al_2O_3/HfO_2/Al_2O_3/Pt器件中的作用
    3.4 Ti/Al_2O_3/HfO_2/Al_2O_3/Pt器件的电阻开关和导电机制
    3.5 Ti/Al_2O_3/HfO_2/Al_2O_3/Pt器件的多级存储与初始开关动力学特性
        3.5.1 多级存储特性
        3.5.2 初始开关动力学特性
    本章小结
    参考文献
第四章 HfO_x/Al_2O_3多层结构阻变存储器导电量子化及负微分电导振荡特性
    4.1 引言
    4.2 HfO_x/Al_2O_3多层结构薄膜的制备及器件结构表征
    4.3 HfO_x/Al_2O_3多层结构器件的阻变存储特性
        4.3.0 电阻开关特性
        4.3.1 循环和保持特性
        4.3.2 多级存储特性
    4.4 HfO_x/Al_2O_3多层结构阻变存储器的导电量子化现象
        4.4.1 直流扫描模式下器件的量子化电导
        4.4.2 脉冲链操作模式下器件的量子化电导
    4.5 HfO_x/Al_2O_3多层结构阻变存储器的负微分电导振荡特性
    本章小结
    参考文献
第五章 Ti/HfO_2/TiO_x/Pt器件电阻转变效应在电子突触方面的应用
    5.1 引言
    5.2 Ti/HfO_2/TiO_x/Pt器件的结构表征
    5.3 Ti/HfO_2/TiO_x/Pt器件的阻变存储特性
        5.3.1 电阻开关特性
        5.3.2 循环和保持特性
        5.3.3 多级存储特性
    5.4 Ti/HfO_2/TiO_x/Pt器件的电导连续调节
        5.4.1 直流扫描模式下的电导连续调节
        5.4.2 脉冲链操作模式下的电导连续调节
    5.5 Ti/HO_2/TiO_x/Pt器件在电子突触方面的应用
        5.5.1 突触增强和抑制的模拟
        5.5.2 短时可塑性和长时可塑性的模拟
    本章小结
    参考文献
第六章 总结与展望
    6.1 本论文工作总结
    6.2 未来工作展望
攻读博士学位期间发表的学术论文
致谢



本文编号：3657876