基于二氧化钛薄膜的阻变存储器研究

发布时间：2017-08-18 08:15

  本文关键词：基于二氧化钛薄膜的阻变存储器研究

  更多相关文章： 阻变存储 二氧化钛 离子迁移 氧化还原 导电细丝 非易失

【摘要】：近年来,非易失性阻变式随机存储器以其结构简单,读写速度快,功耗低,等优点而受到学术界和工业界的广泛关注和研究。其被认为具有替代闪存存储器的潜力。目前,虽然在很多材料中都报道了阻变行为,但是存储器的阻变机理尚不十分明确,存在很多争论,因此探究器件的阻变的物理机制显得尤为重要。本论文以二氧化钛(TiO2)薄膜为阻变存储器的转换层,对基于金属离子迁移和氧离子迁移的器件进行了一系列阻变机理研究。具体工作如下所述:1.制备了Ag/TiO2/Pt阻变存储器件,该器件展现出双极性的阻变特性。通过改变TiO2薄膜厚度,研究了膜厚对形成电压的影响。采用控制扫描电压速率的手段研究了其对器件的电学特性影响,进而阐述了导电细丝的形成断裂机制。通过改变限制电流与关闭电压,器件展现出不同阻态的多级存储特性。2.针对Ag/TiO2/Pt需要较大形成电压,阻变参数随机性较大的缺点,我们设计了一种利用氮化钛(TiN)热退火制备TiO2薄膜的方法,利用退火过程中薄膜形成纳米孔洞的特点,使器件在制备过程中已经形成了很多导电细丝,因而该器件不需要形成过程。同时该器件展现出良好的阻变特性,在1V脉冲下可实现几十纳秒量级的擦写速度。3.利用原子层沉积设备(ALD)制备了基于氧离子迁移的TiO2基阻变存储器。分别研究了以Pt和Al作为顶电极的存储器器件电学特性。通过研究发现金属Al作为顶电极器件更容易实现稳定的阻变开关现象。进一步研究认为是由于形成器件中引入了AlOx层提高了器件运行的稳定性。
【关键词】：阻变存储 二氧化钛 离子迁移 氧化还原 导电细丝 非易失
【学位授予单位】：东北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O484;TP333
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-7
• 引言7-8
• 第一章 绪论8-25
• 1.1 阻变存储器概述8-9
• 1.2 基于金属离子迁移的阻变存储器简介9-13
• 1.2.1 阻变原理概述9-10
• 1.2.2 导电细丝形成断裂机理10-13
• 1.3 基于氧离子迁移的阻变存储器简介13-16
• 1.3.1 阻变工作原理概述14
• 1.3.2 导电细丝性质研究14-16
• 1.4 阻变存储器研究现状16-21
• 1.5 基于二氧化钛薄膜的阻变存储器21-23
• 1.6 本论文的研究意义与内容23-25
• 第二章 Ag/TiO_2/Pt存储器阻变特性研究25-34
• 2.1 Ag/TiO_2/Pt器件制备及IV测试方法介绍25-26
• 2.1.1 TiO_2薄膜制备及表征25-26
• 2.1.2 Ag/TiO_2/Pt器件结构及IV测试方法26
• 2.2 Ag/TiO_2/Pt器件IV特性测试26-31
• 2.2.1 Ag/TiO_2/Pt器件形成过程研究26-28
• 2.2.2 Ag/TiO_2/Pt器件的开启过程28-29
• 2.2.3 Ag/TiO_2/Pt器件的关闭过程29-30
• 2.2.4 Ag/TiO_2/Pt器件的阻变参数30-31
• 2.3 Ag/TiO_2/Pt器件的多阻态存储31-33
• 2.3.1 控制限制电流实现Ag/TiO_2/Pt器件多阻态存储31-32
• 2.3.2 控制关闭电压实现Ag/TiO_2/Pt器件多阻态存储32-33
• 2.4 本章小结33-34
• 第三章 氮化钛热退火制备阻变存储器34-44
• 3.1 TiN热氧化制备多孔TiO_2:N薄膜34-39
• 3.1.1 TiN热退火薄膜X射线衍射34-35
• 3.1.2 TiN热退火薄膜透射光谱35-36
• 3.1.3 TiN热退火薄膜X射线光电子能谱36-37
• 3.1.4 TiN热退火薄膜形貌37-39
• 3.2 TiN热氧化制备多孔薄膜构建的Ag/TiO_2:N/Pt器件阻变性质39-42
• 3.2.1 Ag/TiO_2:N/Pt器件形成过程39-41
• 3.2.2 Ag/TiO_2:N/Pt器件阻变参数稳定性41-42
• 3.2.3 Ag/TiO_2:N/Pt器件写入/擦除速度42
• 3.3 本章小结42-44
• 第四章 基于氧离子迁移的TiO_2阻变存储器电极影响44-50
• 4.1 基于氧离子迁移的TiO_2阻变器件制备44-45
• 4.2 Pt顶电极对器件阻变性质影响45-47
• 4.3 Al顶电极对器件阻变性质影响47-49
• 4.3.1 Al/TiO_2/ITO器件的电学特性47-48
• 4.3.2 Al/TiO_2/ITO器件阻变机理48-49
• 4.4 小结49-50
• 第五章 结论50-51
• 参考文献51-58
• 致谢58

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本文编号：693528