氧化钽基阻变式存储器氧空位调控与性能改善研究

发布时间：2023-02-18 10:56

　　21世纪大数据时代对高密度信息存储需求越来越迫切,传统闪存存储器面临21nm技术节点的物理尺寸极限,越来越难以满足与日俱增的高密度集成应用需求。因此新兴非易失性存储器,如铁电存储器、磁阻存储器、相变存储器以及阻变式存储器应运而生。阻变式存储器(RRAM)因其优异的存储特性脱颖而出,并相继在众多材料中实现。其中,TaO_x基阻变器件被报道10¹²次方高耐擦写能力、105ps/120ps超快开关速度以及纳米尺度可缩小能力等极具竞争力的性能指标,成为三星等电子公司和科研机构研究热点,但是依然存在制约其进一步实际应用的瓶颈问题,例如高操作电流、阻变参数波动性以及集成串扰等问题。TaO_x基阻变器件是基于氧离子迁移型非易失性存储器,因此,构建导电通道的氧空位浓度、分布、含量等是影响器件性能和阻变运行物理过程重要因素。本论文基于这三个角度展开工作,目的改善器件性能并深入探究阻变机理,具体研究内容如下:1.调节氧空位浓度角度,发展获得超低功耗器件有效手段:首先,通过调节生长制备过程氧分压含量,探究薄膜内部缺陷浓度与阻变过程参数的依赖关系,...

【文章页数】：115 页

【学位级别】：博士

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摘要
英文摘要
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 存储器简介
        1.2.1 传统闪存存储器简介
        1.2.2 四种新型非易失性存储器
    1.3 阻变式随机存储器(RRAM)
        1.3.1 RRAM器件单元与集成结构简介
        1.3.2 RRAM器件阻变类型与工作机理
        1.3.3 RRAM器件性能指标与研究现状
    1.4 本论文的选题依据与研究内容
    参考文献
第二章 薄膜缺陷浓度调制及其阻变效应研究
    2.1 Pt/TaO_x/ITO器件制备与表征
    2.2 氧分压调制缺陷浓度及阻变特性机制分析
        2.2.1 引言
        2.2.2 氧分压调控对器件形成过程影响
        2.2.3 氧分压调控对器件阻变特性影响
        2.2.4 参数依赖关系探究导电细丝通断机理
        2.2.5 氧分压调控对器件均一性影响及电流过冲效应研究
    2.3 Gd掺杂调制缺陷浓度及阻变性能影响研究
        2.3.1 引言
        2.3.2 Gd掺杂对阻变I-V特性影响
        2.3.3 器件阻变层厚度优化与电极尺寸选择
        2.3.4 XPS谱探究Gd掺杂缺陷调控效应
        2.3.5 Gd掺杂对器件性能影响分析
        2.3.6 超低功耗运行阻变参数波动性探究
    2.4 本章小节
    参考文献
第三章 薄膜缺陷分布调制及阻变可控性研究
    3.1 引言
    3.2 理论计算与实验验证Si掺杂效应
        3.2.1 第一性原理计算Si掺杂对缺陷形成能与迁移势垒影响
        3.2.2 实验验证Si掺杂对薄膜缺陷形成与迁移势垒影响
        3.2.3 C-AFM直观表征Si掺杂对通道局域化影响
    3.3 Ta₂O_5-x/Ta₂O_5-x:Si双层结构器件阻变可控性—电学性能表征
        3.3.1 Si掺杂厚度对双层器件形成过程影响
        3.3.2 Si掺杂厚度对双层器件参数均一性影响
        3.3.3 优化双层器件电学性能表征
    3.4 Ta₂O_5-x/Ta₂O_5-x:Si双层结构器件阻变可控性—直观表征
        3.4.1 C-AFM直观表征局域化“尖锥形”导电通道构建
        3.4.2 TEM直观表征导电通道的局域化转变过程
    3.5 本章小节
    参考文献
第四章 薄膜缺陷含量调控及互补型器件机理研究
    4.1 引言
    4.2 Au/TaO_x/ITO互补型器件构筑
        4.2.1 互补型器件产生条件探究
        4.2.2 Au/TaO_x/ITO互补型器件构筑及机制分析
    4.3 互补型器件缺陷含量与场效应依赖关系研究
        4.3.1 薄膜厚度调控缺陷含量及场效应研究
        4.3.2 初始化过程调控缺陷含量及场效应研究
    4.4 本章小节
    参考文献
第五章 总结与展望
    5.1 论文工作总结
    5.2 问题与展望
致谢
在学期间公开发表论文及参加学术会议情况



本文编号：3744823