基于CMOS兼容金属氧化物材料的忆阻器研究

发布时间：2023-10-30 18:28

　　以大数据、云计算、物联网和人工智能等技术涌现为标志,人类社会已逐步向信息化时代迈进。面对信息化社会的海量数据挑战,开发新型存储器件和新型计算架构被认为是解决数据存储和数据处理问题的关键。在非易失性存储器应用方面,忆阻器具有高速、低功耗、高密度和易制备等优点,有望取代闪存成为下一代存储器的主力技术。在逻辑运算和神经形态计算应用方面,忆阻器以其信息存储及与处理融合的特点,有利于打破传统冯诺依曼架构瓶颈,实现新架构下信息处理的高速化、并行化和智能化。本论文围绕忆阻器这一主题,按照“材料分析—工艺制备—器件特性表征—机理分析—应用举例”的大致步骤,对几种与CMOS工艺兼容的金属氧化物材料展开研究,具体内容如下:(1)采用LDA-1/2赝势方法对2×2×2的氧化亚铜超原胞进行第一性原理计算,得到富铜/缺氧和缺铜/富氧两种条件下各种点缺陷的形成能,配合X射线衍射、X射线光电子能谱和激光共焦拉曼光谱等方法对溅射制备的氧化亚铜材料的分析,证明铜空位缺陷是氧化亚铜材料的主要点缺陷,并且铜空位缺陷的存在是材料呈现P型导电特性的原因。在此基础上,研制了Crossbar结构的Cu/Cu2O/Ti W忆阻器,通...

【文章页数】：145 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 忆阻器简介
    1.3 非易失性存储器应用
    1.4 逻辑运算应用
    1.5 神经形态计算应用
    1.6 本文研究内容与结构安排
2 基于P型氧化亚铜材料的忆阻器机理研究
    2.1 引言
    2.2 点缺陷形成能的第一性原理计算
    2.3 器件结构与制备工艺
    2.4 器件电学特性测试与导电机理分析
    2.5 本章小结
3 基于氧化铝材料的忆阻器掺杂研究
    3.1 引言
    3.2 器件结构与工艺流程
    3.3 Pt/Al₂O₃/Ru结构平面器件研究
    3.4 Pt/Al₂O₃/Ru与Pt/Al₂O₃:Ru/Ru结构器件的特性对比
    3.5 Pt/Al₂O₃:Ru/Ru结构低电流电导渐变可调器件研究
    3.6 本章小结
4 基于非晶氧化铪材料的忆阻器器件研究与阵列集成
    4.1 引言
    4.2 氧化铪薄膜制备工艺
    4.3 Ti/HfO₂/Pt结构忆阻器研究
    4.4 Pt/HfO₂/Ta结构忆阻器研究
    4.5 基于HfO₂材料的1T1R忆阻器阵列研究
    4.6 本章小结
5 总结与展望
    5.1 研究内容总结
    5.2 下一步研究展望
致谢
参考文献
附录1 攻读博士学位期间发表的论文目录



本文编号：3858968